I tidiga acceleratorer var partikelns energi given av hur storhögspänning man kunde producera, till exempel med enVan de Graaff-generator. Om spänningskällan gav en spänning på en miljonvolt, accelererade den elektroner eller protoner till en energi på 1 megaelektronvolt (ochalfapartiklar till 2 MeV). Dessa acceleratorer var användbara inomkärnfysik.
För att kringgå problemen med högspänningen, utvecklade manlinjära acceleratorer där en växelspänning har rättpolaritet när en grupp partiklar passerar gapet mellan två rörformigaelektroder. För att åstadkomma detta medan partiklarnas hastighet ökar, ska rören vara längre ju högre denkinetiska energin blir (se figur).
Partikelacceleratorer används traditionellt för experiment inomhögenergifysik, där de oftast fungerar som kolliderare (colliders) där två partikelströmmar i motsatta riktningar accelereras tillrelativistisk hastighet (näraljushastigheten) och sedan kolliderar i endetektor. Ett annat användningsområde för partikelacceleratorer är produktion avsynkrotronstrålning. Detta blev känt på 40-talet och började användas på 60-talet. Acceleratorer för detta ändamål var från börjansynkrotroner (därav namnet) men är numera nästan alltidlagringsringar, byggda för att partikelströmmens livslängd i acceleratorn skall vara så lång som möjligt. Synkrotronstrålningen uppstår då partikelbanan böjs avmagneter inne i acceleratorn.
