在手术困难、没有能够通过手术完全切除、需要在实施手术之后进行放射治疗的情况下都可以适用，尤其对于儿童肿瘤应优先考虑。

• 儿童颅内、颅底以及脊柱（包括脊髓）肿瘤
• 颅内肿瘤（胶质瘤、脑膜瘤、松果体瘤、生殖细胞瘤、室管膜瘤、颅咽管瘤、脑垂体腺瘤等）
• 颅底肿瘤（脊索瘤、软骨肉瘤、前庭神经鞘瘤、脑膜瘤等）
• 脊柱（包括脊髓）肿瘤（脊索瘤、室管膜瘤等）

质子治疗能够在将对脑部、脸部（眼、耳等）、脊髓等重要器官的副作用降至最低的同时，降低复发率。

颅内、颅底以及脊髓肿瘤都是在与生存所必须的重要脏器（眼、耳等脸部器官，大脑、小脑、脊髓等神经系统）非常接近的位置发生，所以不仅难以进行有效的手术治疗，还因为担心副作用的产生而难以照射足够剂量的放射线，所以常有复发现象。尤其是在使用传统的一般放射线时，不仅可能会出现被高剂量放射线照射的大脑部位坏死等副作用，还有可能因为有放射线照射到距离肿瘤位置较远的周边正常脑组织尤其是海马体部位而导致脑部认知功能下降，并因此导致生活品质下降。