放射线引起物质电离产生自由基，一般癌症治疗所采用的光子线（X线，伽马射线等），一般情况下射入物质后会产生大量的能量，但是，深入后能量就会减弱。相比而言，质子线和重离子线等虽然在进行中会随着电离过程速度下降并释放能量，但是，射入后的一段时间，当到达一定深度，运动停止前能释放最大的能量，重离子的优势很多。

X线和质子主要是切断NDA单链，重离子切断DNA双链，因此，细胞的致死作用RBE更高，如果电离密度大的话，很容易切断双链，同样细胞杀死的作用也就越大。

电离密度小的时候，当然，对对应的自由基密度也变小，单链切断是可以修复的，但是，修复困难容易造成细胞的双链全部切断，这一点发生就变得很小。

重离子线在体内形成布拉格峰，因为癌症病灶部分的细胞处于低氧环境下，有时候对X线和质子线治疗抵抗的难治性癌症。

重离子治疗对那些难治性的癌症效果是很值得期待，都是国民医疗保险覆盖的范围之内。