Um verschiedene Arten von geladenen Teilchen für die Therapie und die Forschung erzeugen zu können, ist eine Synchrotron-basierte Anlage erforderlich. Es handelt sich hierbei um eine Art von ringförmigem Teilchenbeschleuniger, der von MedAustron in enger Kooperation mit dem CERN entwickelt wurde. 

Die Ionen im Synchrotron werden auf eine Kreisbahn mit einer Länge von rund 80 Metern geführt, in der starke magnetische
Felder die geladenen Teilchen ablenken und sie bei jedem Durchlauf schrittweise beschleunigen. Geschwindigkeiten von bis zu 2/3 der Lichtgeschwindigkeit werden dabei im Synchrotron erreicht. 

Die MedAustron-Anlage ermöglicht im medizinischen Betrieb einen Energiebereich von 60 bis 250 MeV für Protonen und 120 bis 400 MeV/u für Kohlenstoffionen. Für die nichtklinische Forschung stehen Protonenenergien bis 800 MeV zur Verfügung. Die Energie der Teilchen korrespondiert mit der Eindringtiefe des Strahls in den Körper, wobei ein Maximum von 30 Zentimetern erreicht werden kann.