当存在于自然界的非放射性元素硼（10B）受到热中子照射时，发生核裂变反应，产生具有高线性能量转换的α粒子，自身衰变为7Li。这些粒子射线具有能量高、射程短的特点。其单位路径中线性能量传递＞100KeV/μm，仅需数个α粒子产生的能量即可对肿瘤细胞产生致死效应。其在组织中的射程约5~9μm，相当于细胞直径，对周围正常细胞损伤小。周围正常细胞的氢（1H）和氮（14N）也可发生中子俘获反应，产生γ射线和质子，1H和14N中子反应截面仅分别为0.332靶恩和1.82靶恩，显著低于10B（中子反应截面为3800靶恩），只有当肿瘤组织硼携带剂的浓度显著高于正常组织，才能极大限度杀死肿瘤细胞的同时，尽可能降低对肿瘤周围组织的损伤。

癌变组织通常由有氧型和乏氧型两类细胞组成，其中有氧癌细胞易被放射线杀死，但乏氧癌细胞却对常规放疗所用的X射线、伽玛射线以及电子束不敏感，耐受性强，不易杀死，这也是常规放疗后癌症容易复发的主要原因。但奇这种乏氧癌细胞对中子射线却特别敏感。“中子”是组成原子核的核子之一，质量为电子质量的1838倍，经中子射线照射后，肿瘤部位乏氧细胞的复活率几乎为零，术后癌症复发率极低，这是中子治癌的独特优势。

摄取了硼元素的癌细胞，中间的热中子遇到硼元素，在癌细胞内部爆破，破环的长度仅为1-2个细胞，对周围健康细胞几乎没有伤害，让藏匿在健康细胞中间的癌细胞无处可逃。