粒子線（陽子線・炭素線）は，深部で停止する直前に最大のエネルギーを放出するため，周囲正常組織への線量は低いまま，腫瘍へ高線量を照射可能である。炭素線は電離密度が高く，DNA二重鎖切断をより引き起こしやすいため，X線抵抗性腫瘍にも効果が期待できる。頭蓋底脊索腫・軟骨肉腫に対する粒子線治療のエビデンスは豊富な一方，頭頸部肉腫に対する粒子線治療のエビデンスは乏しい。2016年5月以降，陽子線・炭素線それぞれで全国的に統一された線量分割（統一治療方針）が用いられているが，これは全例登録と併せてエビデンスを出していくためである。また，粒子線治療には他の方法では治療困難な症例の紹介も多く，それなりの有害事象が予想されても受けざるを得ない現実があり，時に重篤な有害事象を経験する。分子標的薬等の新規薬剤との併用効果については，（異時性であっても）まだ不明な点が多く，慎重な対応が必要である。