Das Behandlungsspektrum umfasst eine Vielzahl onkologischer Indikationen:

• Alle Tumoren, die bisher mittels Linearbeschleuniger (mit und ohne intensity modulated radiotherapy – IMRT) oder verwandten Geräten mit Röntgenstrahlen therapiert wurden.

• Prinzipiell bestrahlungsgeeignete Tumoren, die aufgrund der hohen Nebenwirkungen mit Röntgen kaum behandelbar sind.
• Zurzeit laufen im Protonencenter Loma Linda in den USA außerdem Vergleichsstudien, die darauf hindeuten, dass die Protonenbestrahlung auch bei Bronchialkarzinomen (Lungenkrebs) einer Operation überlegen ist.

• In ausgewählten Fällen können auch Metastasen mit Hoffnung auf vollständige Heilung bestrahlt werden – als häufigste Möglichkeit metachrone multiple Lebermetastasen (nach Dickdarmkarzinomen), die einer Röntgentherapie wegen der Gefahr einer Strahlenhepatitis nicht zugänglich sind.

Nicht bestrahlbar sind mobile Tumoren wie die des höheren Dickdarms und solche, in denen auch eine großflächige Bestrahlung – zum Beispiel auf das Knochenmark – nicht hilfreich ist. Zu letzteren gehören zahlreiche Leukämien.