การบำบัดรักษาด้วยโปรตอนบีม (Proton Beam) เป็นรูปแบบหนึ่งของการรักษาด้วยการฉายแสงภายนอกโดยใช้โปรตอนแทนที่จะเป็นโฟตอน (X-rays) ประจุบวกและโปรตอนจำนวนมากมายทำให้การควบคุมการวางตำแหน่งภายในผู้ป่วยทำได้ดีขึ้น โปรตอนที่ได้รับพลังงานจะช่วยหน่วงเวลาการผ่านทะลุไปยังเนื้อเยื่อ ทำให้การกระจายไปยังรอบข้างมีน้อยที่สุด และนำพลังงานไปยังปลายทางได้มากที่สุด ด้วยอัลกอริธึมทางซอฟต์แวร์ที่ซับซ้อน ความลึกในการเจาะทะลุ และรูปร่างของโปรตอนที่มีสามมิติ จึงช่วยควบคุมตำแหน่งให้เหมาะสมกับเป้าหมายที่เป็นเนื้องอกได้อย่างเที่ยงตรง