质子刀为质子加速器的一种商业应用。其主要的应用领域在医学上为癌症肿瘤的放射性治疗。实际治疗时，将质子刀以三度空间对位瞄准患者之肿瘤位置，透过携带能量之质子在特定深度会释放大部分能量的布拉格尖峰现象，将大量能量释放于肿瘤中，以达到破坏肿瘤中之癌细胞而不破坏肿瘤外其他正常细胞，乃至最后消除肿瘤之目的。

质子刀还可以在半导体或太阳能科学上用来切割晶圆或太阳能基板。