开业八年来，医院年治疗量从开业首年200余例，发展到目前超1,000例/年，单月完成治疗出院的患者峰值超100例。截至2023年5月8日，已累计治疗出院患者5,648例，年平均增长率达20%。其中，2021年、2022年连续两年治疗量均突破千例大关，超过国际同类粒子机构历史最好水平。国际上较早开展质子重离子放疗的日本同类机构，累计治疗完成5,000例、年治疗量接近1,000例分别用了19年和15年时间，上海市质子重离子医院实现上述目标，分别用了6.5年和7.5年时间。
已完成治疗出院的5,648例患者中，头颈部肿瘤2,962例(包括鼻咽癌、颅底颅内肿瘤、咽喉及颈部肿瘤、鼻腔及鼻窦肿瘤等)，胸部肿瘤971例(包括肺癌、气管肿瘤、食道癌、纵膈及胸腺肿瘤等)，腹盆腔和其他部位肿瘤1,715例(包括前列腺癌、乳腺癌、胰腺癌、肝胆肿瘤、腹盆腔及四肢肿瘤、大肠癌等)。
上海市质子重离子医院将国内发病率靠前的鼻咽癌、颅内颅底肿瘤、肺癌、肝癌、前列腺癌5个病种作为临床重点病种，将胰腺癌、乳腺癌作为临床研究病种，上述7个病种的患者数占患者总数的四分之三。来自长三角地区患者占所有患者的55%，其中，上海患者30%、苏浙皖患者25%。近两年，接受粒子放疗的上海患者中，超过70%的患者都参保了上海城市定制型商业补充医疗保险“沪惠保”(2021年7月1日生效)，医院已协助300余位参保患者办理了保险理赔手续，患者累计从保险公司获赔3,500余万元。
上海市质子重离子医院通过加强临床数据库建设及对已完成治疗患者的跟踪随访，近期总结出重点病种粒子放疗的5年生存率。经与国内外权威肿瘤学期刊上发布的临床数据作比较分析，医院采用重离子质子治疗的临床重点病种及临床研究病种，无论是临床疗效还是毒副反应控制方面，均已比肩或超过日本、德国等国际同类机构先进水平。
上海市质子重离子医院作为目前国际上采用质子重离子技术治疗鼻咽癌最多的粒子中心，初治鼻咽癌患者的5年生存率数据明显优于光子放疗;应用单纯重离子放疗局部复发鼻咽癌，患者5年生存率较光子放疗有显著提升，最常见的并发症鼻黏膜坏死发生率大幅降低。早期(I期)非小细胞肺癌采用单纯重离子放疗，5年生存率数据优于美国质子放疗，略优于日本重离子放疗;局部晚期(III期)非小细胞肺癌采用单纯重离子放疗，5年生存率数据优于美国质子放疗，与日本重离子放疗相当。局限期前列腺癌采用单纯重离子放疗，5年生存率数据与日本重离子放疗相近。不能手术的肝细胞癌采用重离子放疗，5年生存率数据与国内肝胆外科权威机构的手术疗效相当。
上海市质子重离子医院围绕重点病种粒子技术攻关、提升重离子治疗比例和减少治疗总次数等临床关键问题，重点加强包括生物样本库、省级重点实验室、粒子放疗工程技术研发中心在内的“一库一室一中心”建设，持续加大前瞻性临床研究及应用支持力度，加速研发创新成果转化。
上海市质子重离子医院已建成质子重离子放疗患者生物样本库，累计存储生物样本超过10万份，为医院掌握粒基础与临床研究，开展大队列精准肿瘤放射治疗、放射生物和放射免疫学效应研究积累了资源。与复旦大学附属肿瘤医院联合建设的“上海市放射肿瘤学重点实验室”，融合了两院优秀人才资源和优势研究资源，覆盖了国内近100%的质子重离子患者和本市30%的光子放疗患者。“上海质子重离子放疗工程技术研究中心”重点推进粒子技术创新研发与转化应用，自主研发了旋转治疗床、等中心旋转治疗椅、粒子束流施加器、眼球定位追踪设备等粒子辅助治疗设施，并借此开展了近十项临床实践。
八年来，医院恪守质量与安全底线，推进粒子放疗技术标准化、规范化应用，重点病种疗效、临床诊疗效率跻身并保持国际同类机构先进水平。
