早期的加速器只能使帶電粒子在高壓電場中加速一次，因而粒子所能達(dá)到的能量受到高壓技術(shù)的限制。為此，象R. Wideröe等一些加速器的者在20年代，就探索利用同一電壓多次加速帶電粒子，并成功地演示了用同一高頻電壓使鈉和鉀離子加速二次的直線裝置，并指出重復(fù)利用這種方式，原則上可加速離子達(dá)到任意高的能量。但由于受到高頻技術(shù)的限制，這樣的裝置太大，也太昂貴，也不適用于加速輕離子如質(zhì)子、氘核等進(jìn)行原子核研究，結(jié)果未能得到發(fā)展應(yīng)用。
1930年，Earnest O. Lawrence提出了回旋加速器的理論，他設(shè)想用磁場使帶電粒子沿圓弧形軌道旋轉(zhuǎn)，多次反復(fù)地通過高頻加速電場，直至達(dá)到高能量。1931年，他和他的學(xué)生利文斯頓（M. S. Livingston）一起，研制了世界上*臺回旋加速器，這臺加速器的磁極直徑只有10cm，加速電壓為2kV，可加速氘離子達(dá)到80keV的能量，向人們證實(shí)了他們所提出的回旋加速器原理。隨后，經(jīng)M. Stanley Livingston資助，建造了一臺25cm直徑的較大回旋加速器，其被加速粒子的能量可達(dá)到1MeV?；匦铀倨鞯墓廨x成就不僅在于它創(chuàng)造了當(dāng)時(shí)人工加速帶電粒子的能量記錄，更重要的是它所展示的回旋共振加速方式奠定了人們研發(fā)各種高能粒子加速器的基礎(chǔ)。
30年代以來，回旋加速器的發(fā)展經(jīng)歷了二個(gè)重要的階段。前20年，人們按照勞倫斯的原理建造了一批所謂經(jīng)典回旋加速器，其中大的可生產(chǎn)44MeV的α粒子或22MeV的質(zhì)子。但由于相對論效應(yīng)所引起的矛盾和限制，經(jīng)典回旋加速器的能量難以超過每核子20多MeV的能量范圍。后來，人們基于1938年托馬斯（L. H. Thomas）提出的建議，發(fā)展了新型的回旋加速器。因此，在1945年研制的同步回旋加速器通過改變加速電壓的頻率，解決了相對論的影響。利用該加速器可使被加速粒子的能量達(dá)到700MeV。使用可變的頻率，回旋加速器不需要長時(shí)間使用高電壓，幾個(gè)周期后也同樣可獲得大的能量。在同步回旋加速器中典型的加速電壓是10kV，并且，可通過改變加速室的大?。ㄈ绨霃?、磁場），限制粒子的大能量。
60年代后，在世界范圍掀起了研發(fā)等時(shí)性回旋加速器的高潮。等時(shí)性回旋加速器（Isochronous cyclotron）是由3個(gè)扇極組合（compact-pole 3 sector）的回旋加速器，能量可變，以*和第三偕波模式對正離子進(jìn)行加速。在*偕波中，質(zhì)子被加速到6 MeV~ 30 MeV, 氘核在12,5 MeV~25 MeV, α粒子在25 MeV~50 MeV, He3 +2離子在18 MeV ~62 MeV 。磁場的變化通過9對圓形的調(diào)節(jié)線圈來完成，磁場的梯度與半徑的比率為（4,5 - 3,5）×10-3 T/cm。磁場方位角通過六對偕波線圈進(jìn)行校正。RF系統(tǒng)由180°的兩個(gè)Dee組成，其操作電壓達(dá)到80kV，RF振蕩器是一種典型的6級振蕩器，其頻率范圍在8,5 - 19 MHz 。通常典型的離子源呈放射狀，并且可以通過控制系統(tǒng)進(jìn)行遙控，在中心區(qū)域有一個(gè)可以活動的狹縫進(jìn)行相位調(diào)節(jié)和中心定位。使用非均勻電場的靜電偏轉(zhuǎn)儀（electrostatic deflector）和磁場屏蔽通道進(jìn)行束流提取，在偏轉(zhuǎn)儀上的大電勢可達(dá)到70 kV 。對30 MeV強(qiáng)度為15 mA質(zhì)子在徑向和軸向的發(fā)射度（Emittance）為16p mm.mrad 。能量擴(kuò)散為0.6%，亮度高，在靶內(nèi)的束流可達(dá)到幾百mA。用不同的探針進(jìn)行束流強(qiáng)度的測量，這些探針有普通TV的可視性探針；薄層掃描探針和非截?cái)嗍剑╪on-interceptive）束流診斷裝置。系統(tǒng)對束流的敏感性為1mA ，飛行時(shí)間到0,2 ns 。束流可以傳送到六個(gè)靶位，可完成的傳送。該回旋加速器早在1972年由INP建造，它可使質(zhì)子加速達(dá)到1 MeV，束流強(qiáng)度為幾百mA，主要用于回旋加速器系統(tǒng)（離子源、磁場等）的研究。
70年代以來，為了適應(yīng)重離子物理研究的需要，成功地研制出了能加速周期表上全部元素的全離子、可變能量的等時(shí)性回旋加速器，使每臺加速器的使用效益大大提高。此外，近年來還發(fā)展了超導(dǎo)磁體的等時(shí)性回旋加速器。超導(dǎo)技術(shù)的應(yīng)用對減小加速器的尺寸、擴(kuò)展能量范圍和降低運(yùn)行費(fèi)用等方面為加速器的發(fā)展開辟新的領(lǐng)域。目前的同步加速器可以產(chǎn)生筆尖型（pencil-thin ）的細(xì)小束流，其離子的能量可以達(dá)到天然輻射能的100，000倍。通過設(shè)計(jì)邊緣磁場來改變每級加速管的離子軌道半徑。大的質(zhì)子同步加速器是Main Ring（500GeV）和Tevatron（1TeV）在Fermi National Accelerator Laboratory Chicago ；較質(zhì)子同步加速器的是在Geneva的 European Laboratory for Particle Physics （CERN）安裝應(yīng)用的SPS（Super Proton Synchrotron）, 450 GeV。
