A causa della loro massa relativamente grande, i protoni possiedono una scarsa dispersione laterale nell'attraversamento dei tessuti; il fascio quindi non si diffonde molto, rimanendo piuttosto focalizzato sulla massa tumorale e garantendo quindi solo bassi effetti collaterali ai tessuti circostanti. Tutti protoni di una data energia hanno un dato potere di penetrazione e quindi pochissimi protoni penetrano oltre tale distanza, risparmiando i tessuti posteriori al tumore. Inoltre, la dose erogata al tessuto è massima solo negli ultimi millimetri del tragitto della particella: questo punto massimo è chiamato picco di Bragg.