علاج بالبروتونات (بالإنجليزية: Proton therapy) هو نوع من العلاج بالإشعاع يستخدم في علاج مرض السرطان والأورام الخبيثة. تنتج البروتونات السريعة في جهاز مسرع دوراني أو مسرع دوراني تزامني ثم توجه إلى الورم للقضاء على الخلايا السرطانية. يطبق هذه الطريقة بصفة خاصة على المرضى الذين لا تكفي الأشعة السينية لعلاجهم بسبب عمق الورم في الجسم أو بسبب حساسية العضو مثل الدماغ. ويسمح العلاج بالبروتونات بتركيز جرعة البروتونات الداخلة الجسم، بحيث لا تتضرر أنسجة الجسم الأخرى.
طريقة العلاج بالبروتونات السريعة هي أحد طرق العلاج بالجسيمات السريعة وأكثرها استخداما. كما توجد طرق للعلاج بالأيونات الثقيلة مثل أيونات الكربون.