根據加速粒子種類的不同，粒子加速器可分為電子加速器、質子和重離子加速器以及微物質粒子，如粉末、灰塵等加速器(又稱微粒子團加速器);根據加速粒子能量高低，粒子加速器可分為低能加速器、中能加速器、高能加速器以及超高能加速器;根據加速粒子運動軌道的形狀不同，粒子加速器又可分為直線加速器、回旋加速器和環形加速器。
世界上著名的歐洲大型強子對撞機LHC就是一個超高能、環形粒子加速器，可以將質子加速到極接近光速的超高能狀態。在LHC中，當兩個極接近光速的質子發生“碰撞”時，就有機會制造出微型的人工黑洞。因此，LHC被稱為潛在的“黑洞加工廠”。此外，科學家在2012年借助LHC發現了“上帝粒子”—希格斯玻色子，在補上了粒子物理學“標準模型”最后一塊板的同時，極大推動了物理學的進步。
在工業領域，粒子加速器已經成為推進新材料、新技術、新工藝、新設備研發和應用的重要工具和手段。例如，基于電子加速器開發的輻照交聯、輻照聚合、輻照接枝等輻照加工技術可以改性高分子材料，并顯著提高材料的多項性能。而基于電子加速器可以產生γ射線、X射線的原理，科研人員開發出工業CT等無損檢測裝置，它們在確定材料、設備、產品材質、結構、內部缺陷和損傷中應用突出。此外，基于重離子加速器開發的離子摻雜技術是半導體工業中實現離子精準注入、材料導電性改變、半導體芯片制造的關鍵技術。又如，基于粒子加速器原理制造的顯像管、陰極射線管是電子顯示器的核心部件;基于電子加速器開發的輻照固化技術則在涂層、油墨、黏合劑固化、電子器件制造中應用頗多;基于粒子加速器開發的中子測井技術更在石油、天然氣、水資源勘測中不可或缺。
在醫學領域，粒子加速器是癌癥與腫瘤治療中的關鍵和核心醫療設備。醫用直線加速器，又稱X刀或光子刀，可通過高能電子與大功率微波電場相互作用引出的能量電子打擊重金屬靶，并利用產生的X射線照射病灶，從而殺死腫瘤細胞。基于醫用質子加速器的質子治療技術，則是利用加速器形成的高能粒子束對病灶開展精確照射的一種放射治療技術，其利用質子入射時形成的特殊“布拉格峰”，可在殺死腫瘤細胞的同時不損傷正常細胞，代表了放療未來方向。同時，基于醫用重離子加速器的重離子治療技術也是一種可以與質子治療技術比肩的腫瘤治療先進技術，具有廣泛應用空間。
在環境保護領域，粒子加速器代表著三廢處理技術的重要發展方向。基于電子加速器的電子束輻照處理廢水技術，是一種利用高能電子束流輻射污水，使水中的污染物分解或降解、有害微生物發生變性等，以達到消毒凈化廢水為目的污水處理技術。同樣基于電子加速器的電子束輻照法脫硫脫硝技術，則在煙道氣脫硫脫硝、凈化空氣等領域應用廣泛。
除此之外，在農業領域，粒子加速器已經廣泛應用于輻照育種、農產品加工和害蟲防治等領域，極大改變了傳統農業的面貌，創造了巨大經濟效益和社會效益。在科學研究領域，粒子加速器則是研究粒子和原子核的重要工具。
目前，世界上運轉的粒子加速器已經達到了數萬臺，它們在各行各業、各個領域發揮著重要的作用。未來，隨著新型加速器技術的研發和推廣，粒子加速器將會更加廣泛、深入應用于工業、農業、醫療、環保等領域，進一步助推我國經濟社會的發展，為人類生活生產帶來更多便利。
