静電場を使った加速器では、かけられる電圧によって加速エネルギーが制限されます。そして、無制限に電圧を上げられるわけではありません（放電するため）。そこで、荷電粒子をぐるぐる回して、粒子があるところを通るタイミングに合わせて加速電場をかけ、多重回の加速をおこない、より高い加速エネルギーが得られるのがシンクロトロンです。
ただし、より高い加速エネルギーでは、粒子を一定軌道内で回すための磁石が大きくなってしまいますので、シンクロトロンで加速できるエネルギーは磁石の大きさで決定されます。