As partículas carregadas (tais como prótons e carbono) podem ser utilizadas para fornecer radiação terapêutica. Um próton é o núcleo carregado de um átomo de hidrogénio (átomo de hidrogénio menos um electrão). A radiação padrão é fornecida com um acelerador linear (LINAC) que fornece terapia com fotões (semelhante à luz de alta energia), enquanto os prótons e outras partículas carregadas são geradas a partir de um ciclotrão. A diferença entre a irradiação de partículas carregadas e de fotões é que as partículas carregadas param abruptamente no tecido (pico de Bragg), pelo que há menos dose de saída através do tecido normal. Uma desvantagem da terapia com partículas carregadas é a maior exposição de neutrões em comparação com a essencialmente nenhuma utilizando fótons, pelo que o benefício dos prótons na redução de malignidades associadas à radiação não é conhecido e controverso. A terapia com prótons pode ser utilizada para fornecer radioterapia de intensidade modulada, radioterapia estereotáxica, ou radiocirurgia estereotáxica.