放射線の吸収線量

γ線、X線、電子線などは体外から照射すると、体の表面近くで 線量（放射線の量）が最大となり、それ以降は深さとともに次第に減少していきます。このことから、一方向からの照射では、深いところにあるがん病巣に十分なダメージを与えようとすると、がん病巣より浅いところにある正常細胞により大きなダメージを与えることになります。
これを避けるために、多方向から弱い線量をがん病巣に当て、周りの正常な細胞には少なく当たるようにし、がん病巣の線量が高くなるように照射する技術（多門照射法、強度変調放射線治療など）が開発されています。

一方、重粒子線はそのエネルギーによって人体内に入る深さ（飛程と呼びます）が定まり、その飛程の終端近くでエネルギーを急激に放出して止まります。
この現象はブラッグ・ピークと呼ばれています。
加速器を用いて粒子のエネルギーを調節し、腫瘍の部分で粒子が止まるようにすれば、この現象を利用して体表面から照射の道筋にある正常な細胞にあまり影響を与えず、腫瘍細胞だけを殺傷することができます。

以上を纏め比較すると右のグラフで表現できます。

また、炭素線がん治療を他のがん治療法と比較しますと次の様に纏めることが出来ます。