Hormis les spécificités liées à la particule proton, les problématiques sont communes à toutes les radiothérapies de haute précision : imagerie, positionnement, dosimétrie, modèles de calcul. En raison notamment des efforts réalisés pour la mise en place de la procédure de traitement photons-protons, le Centre de Protonthérapie partage étroitement ses développements avec les centres partenaires. Ce faisant, il joue un rôle de centre de recherche et développement (R&D) pour la radiothérapie.
Le Centre de Protonthérapie est intégré depuis le début dans la communauté d'hadronthérapie mondiale, le Particle Therapy Cooperative Group (PTCog), et a tissé des liens scientifiques ou mis en place des projets communs avec la plupart des grands centres internationaux.
La situation géographique privilégiée au sein de l'Université Paris-Sud, l'histoire du Centre de protonthérapie de l'Institut Curie - Orsay, ancien accélérateur de l'Institut de Physique Nucléaire d'Orsay (IPNO) et la (R&D) nécessaire pour faire évoluer la protonthérapie ont contribué à créer au niveau du centre un lien fort recherche-clinique. Ainsi, le Centre de protonthérapie a été amené à mettre en place de nombreuses collaborations : avec l'Institut de Physique Nucléaire d'Orsay (IPNO)/IN2P3) en premier lieu (alternance rapide, pré-étude de bras isocentrique, radioprotection), avec le GANIL(chambres à fils, intercepteurs), avec le CEA (dosimétrie diamant, Tep, radioprotection, robotique, modélisation), avec le Centre de recherche de l'Institut Curie (radiobiologie), avec les universités et les grandes écoles (une dizaine d'étudiants par an environ sur de sujets directement appliqués au traitement).
L'infrastructure du bâtiment ainsi que la proximité des équipes de recherche favorise l'installation et la mise au point de prototypes au Centre de protonthérapie de l'Institut Curie - Orsay, avant une éventuelle application dans d'autres centres français ou étrangers.
Une collaboration existe avec le groupe TERA de l'INFN à Turin pour les composants de lecture des chambres dosimétriques ainsi que pour des instruments d'analyse du faisceau (Pixel-chamber).
Pour assurer son développement, le Centre de protonthérapie de l'Institut Curie - Orsay collabore avec plusieurs industriels :