医用重离子加速器系统和医用质子加速器系统基本相同，主要包括加速器系统、束流传输系统、治疗终端系统（旋转机架、治疗头、治疗床）和治疗计划系统（TPS）。
目前世界上医用质子/重离子加速器治疗中心使用的加速器基本有三种类型：直线加速器、回旋加速器和同步加速器。
医用质子加速器通常采用回旋加速器或者同步加速器，将质子加速到70~250MeV的能量用于临床治疗。
现有或正建的医用重离子加速器治疗中心主加速器均采用能量可调的同步加速器，注入器则采用直线加速器或回旋加速器，如日本医用重离子加速器中心（HIMAC）和德国GSI的注入器目前都使用的是直线加速器，不过注入器整体的研究和发展趋势是选用运行可靠、占地面积更小的回旋加速器。
未来医用加速器放疗技术发展的方向是基于先进的质子/重离子放疗设备，综合利用呼吸门控技术（Gating Technique）、实时成像及追踪技术、精确摆位技术以及剂量引导、生物适形等先进技术，以高治疗增益为目的，实现肿瘤的高精确化放疗。
小型化、集成化的医用多粒子加速器是未来设备研究发展的方向之一，即将质子束和重离子束放疗等多粒子束功能集成于同一医用加速器系统，研制既保证放射治疗有效性，满足能量、能散和流强等方面要求，又具有运行可靠、占地面积更小等特点的回旋加速器，以实现复合治疗、综合利用、降低成本的目的。