Принцип работы циклотрона в лабораторных условиях заключается в следующем: 1

1. Тяжёлые заряженные частицы (протоны, ионы) попадают в вакуумную камеру из инжектора вблизи её центра. 2
2. После этого они движутся внутри полости двух чуть раздвинутых полуцилиндров (дуантов), помещённых между полюсами сильного электромагнита. 1 Однородное магнитное поле этого электромагнита искривляет траекторию частиц. 1
3. Ускорение движущихся частиц происходит в тот момент, когда они оказываются в зазоре между дуантами — в этом месте на них действует электрическое поле, создаваемое генератором высокой частоты. 1
4. Получая каждый раз при этом некоторое приращение скорости, они продолжают своё движение дальше по окружности всё большего радиуса, так что их траектория выглядит как плоская раскручивающаяся спираль. 1
5. На последнем витке этой спирали включается дополнительное отклоняющее поле, и пучок ускоренных частиц выводится наружу. 1

Поскольку задающее орбиту пучка магнитное поле неизменно, и ускоряющее высокочастотное электрическое поле в процессе ускорения также не меняет параметров, циклотрон может работать в квази-непрерывном режиме: все витки спирали заполнены сгустками частиц. 1