La protonthérapie est intéressante si l'une des conditions ci-dessous peut être remplie :
Dose réduite dans les tissus sains
La dose de radiation est réduite dans les tissus sains, tandis qu’elle reste constante dans la tumeur. Il peut en résulter une diminution des effets secondaires (retardés) et du risque que le rayonnement provoque, des années plus tard, un nouveau cancer (tumeur secondaire).
Dose plus élevée dans la tumeur
Avec la protonthérapie, il est possible d'augmenter la dose dans la zone tumorale sans que la dose augmente dans la même proportion dans les tissus environnants. Ceci est surtout intéressant lorsque l’administration d'une plus forte dose de radiations offre plus de chances de guérison, mais que la radiothérapie classique ne le permet pas car le risque d'effets secondaires graves (comme la cécité) est trop grand.