重离子治癌具有独特的物理和生物特点：重离子能量沉积在射程末端（布拉格峰）区，对沿途健康组织损伤小；治愈率高，可有效杀死乏氧肿瘤细胞，不存留肿瘤核；定位精度高，可对人体深部肿瘤实施精确治疗，对肿瘤周围的健康组织损伤很小；可三维扫描治疗、实时监控，便于准确定位、适形照射和控制剂量；治疗剂量小，不需要辅助药物，至今没观察到明显的副作用；每次辐照时间较短，无痛苦感，患者日常活动不受影响；治疗周期短，疗程4-20次（天）。
中国科学院近代物理研究所基于兰州重离子研究装置，在完成大量放射物理、放射生物学实验以及重离子治疗技术的基础上，于2006年开始重离子治疗肿瘤临床试验，到2013年底共进行了18批213例肿瘤患者（103例浅层和110例深层）的治疗，取得了显著疗效，使我国成为继美国、日本和德国之后世界上第四个实现重离子束治疗肿瘤临床试验研究的国家。
医用重离子加速器是由中国科学院近代物理研究所和兰州科近泰基新技术有限责任公司自主研发制造的、拥有自主知识产权的大型放疗设备，可配备水平、垂直和45°方向的治疗终端。同步加速器周长约为56米，是目前世界上医用重离子加速器中周长最小的同步加速器系统，获得60多项专利授权，其中两项专利被评为全国百强优秀专利。目前，已基本建成兰州和武威两台示范装置。