重离子是指质量数大于4的原子核，即元素周期表氦核以后(原子序数大于2的失去电子的原子)的离子。如碳12、氖22、钙45、铁56、氪84和铀238等。重离子已开始应用到放射生物学、放射诊断和放射治疗等方面。在放射治疗癌症方面，同X 射线相比，重离子在生物体中线能量转移值高，而且可以精确地控制剂量及射程，定位性能好，射程末端的释放能量集中，可使杀伤效果集中在需要照射的局部范围内，而减小对周围健康组织的损伤。
重离子治疗属于放射治疗的一种，也是国际公认的放疗尖端技术。重离子属于粒子线，与传统的光子线不同，其能够在对肿瘤进行集中爆破的同时，减少对正常组织的伤害。适合使用重离子治疗的疾病，主要包括中枢神经系统肿瘤、颅底肿瘤、头颈部肿瘤、胸腹部肿瘤、盆腔肿瘤、骨肿瘤和软组织肉瘤等。
重离子治疗中产生的重离子放射线是指将碳、氖、硅、氩等离子，用加速器加速到接近于光速的射线，普通放疗的X线进入人体后，线量会随深度越来越弱，效果也越来越差，而且会伤害到周边的正常细胞组织。而重离子放射线在到达癌细胞之前基本没有杀伤力，但是一旦达到癌细胞时，会立刻发挥比较好的效果，比较适用于身体深处的癌症治疗，并且副反应较少，接受治疗的人负担较轻，一般不疼、不烫、不留痕迹，照射疗程较短，预后也较好，复发率也较低。
