Gli acceleratori si utilizzano principalmente nel campo della ricerca sperimentale in fisica nucleare (studio del nucleo e delle reazioni nucleari) e nella fisica delle alte energie (studio delle particelle elementari).

Le particelle accelerate, usate come proiettili nucleari, sono dirette contro i nuclei del bersaglio e la collisione che avviene permette di trasferire a questo una parte o la totalità dell' energia cinetica disponibile.

Gli acceleratori trovano la loro applicazione in numerosi altri settori, quali la chimica e la chimica nucleare (polimerizzazione mediante irraggiamento con elettroni e raggi X, produzione di radioelementi, di traccianti isotopici e radioattivi), la radiobiologia (studio degli effetti delle radiazioni sulle cellule organiche), la medicina (nella terapia dei tumori con raggi X penetranti) l' industria (radiografia dei metalli, studio delle loro proprietà, sterilizzazioni delle confezioni alimentari).

Gli acceleratori sono impiegati nella ricerca sperimentale nell'ambito degli studi sul nucleo atomico e sulle particelle che lo compongono; essi vengono inoltre utilizzati per produrre radionuclidi usati come traccianti o radioisotopi per applicazioni mediche e industriali.