质子刀是指应用重粒子质子加速器，利用质子在电场中持续加速，达到一定速度和能量之后，对特定目标的物内在某一深度位置释放大量能量，以达到对特定深度区域进行破坏之目的。原因是其所携带的能量较大，治疗效果较显著。在实际治疗时，将质子刀以三度空间对位瞄准患者之肿瘤位置，透过携带能量之质子在特定深度会释放大部分能量，以达到破坏肿瘤中的癌细胞，乃至最后消除肿瘤之目的。比起传统的X光放射性治疗或伽马刀、光子刀等治疗，质子刀治疗对病灶区周边正常细胞的伤害小很多，相对地副作用也较少。质子刀治疗为目前全世界最先进的肿瘤放射治疗技术，但以质子刀为主要设备之质子治疗中心因为设置费用非常昂贵，在我国应用尚少。