Naast de gevestigde vormen van gevestigde therapievormen met betrouwbare langetermijnresultaten uit internationale onderzoeken, gebruiken andere klinieken ook behandelingen waarvan de effectiviteit niet of nog niet voldoende bewezen is of waarvan de langetermijnbijwerkingen onbekend zijn. Hiertoe behoort ook protonentherapie.
In tegenstelling tot radiotherapie, dat werkt met elektromagnetische straling (fotonen), worden bij protontherapie waterstofkernen (protonen) op de tumor "geschoten". Met behulp van een deeltjesversneller worden de protonen versneld tot ongeveer twee derde van de lichtsnelheid; dat is ongeveer 180.000 km/s. Ze kunnen dan bijna 40 cm in de tumor doordringen. Vervolgens kunnen ze bijna 40 cm het lichaam binnendringen. Wanneer ze het lichaam binnendringen, wordt de bundel niet geabsorbeerd maar vertraagd. Hoe langzamer de deeltjes worden, hoe meer energie ze afgeven. De snelheid van de protonen wordt zo geregeld dat de maximale energie (Bragg-piek) in het doelweefsel wordt bereikt. Het ioniserende effect van de protonen leidt vervolgens tot schade aan de tumorcellen, vooral aan hun DNA. Een tumor moet echter meerdere keren worden "gebombardeerd" om alle gebieden van de abnormale cellen te bereiken.
De Duitse Vereniging voor Bestralingsoncologie (DEGRO) is van mening dat er nog veel onderzoek nodig is naar protonentherapie met betrekking tot tumorcontrole, overlevingskansen, complicaties en late effecten. Er is heel weinig bekend over de resultaten op lange termijn en de kans op genezing. Tot nu toe is behandeling met protonen daarom alleen zinvol voor een paar soorten tumoren - bijvoorbeeld in de schedelbasis. Voor tumoren - zoals prostaatcarcinoom - waarbij de positie van het doelorgaan (prostaat) niet constant blijft door ademhaling en darmbewegingen, zijn protonenbundels niet superieur aan gevestigde en bewezen elektromagnetische bundels. Bovendien is protontherapie zeer complex en kostenintensief in vergelijking met gevestigde radiotherapiemogelijkheden.