Les radiations ionisantes chargées sont les électrons accélérés, les protons, les ions légers et le rayonnement β-.

Les électrons sont des particules élémentaires de matière chargées négativement. La masse des autres particules constituant le noyau de l’atome (protons et neutrons) est deux mille cinq cents fois plus grande que les électrons. Ceux-ci possèdent les mêmes caractéristiques physiques que les électrons du rayonnement β-. Leur énergie est désignée par la profondeur de la région à traiter. Cela permet d’éviter aux tissus plus profonds d’être touché. Les électrons utilisés en radiothérapie sont ceux produits par des accélérateurs linéaires.

Les protons agissent en cédant leur énergie lors des collisions avec les électrons contenus dans les tissus traversés. La distribution de doses en profondeur se fait sous la forme d’un pic : pic de Bragg . Il permet de s’adapter aux traitements des tumeurs profondes, de petites tailles, sans endommager les tissus sains alentour et radiosensibles. L’efficacité biologique des protons est similaire à celle des neutrons.

Le rayonnement β- est émis par quelques noyaux radioactifs. Ses constituants sont des électrons, agissants en mettant en mouvement les électrons présents dans le milieu traversé via des répulsions électrostatiques. Leurs parcours sont plus ou moins sinueux, ils dépendent de leur énergie qu’ils avaient au début. L’efficacité biologiques du rayonnement β- est similaire aux rayons X et Y.

Les ions légers sont produits par les synchrotrons , ceux-ci permettent une pénétration comme les protons et une efficacité pareille aux neutrons. Cependant, les ions légers ne sont pas encore assez travaillé, on ne connaît pas encore parfaitement leur potentiel mais ils sont une voie de recherche très intéressante.