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Die Experimente zur Untersuchung von Teilchen und ihren Wechselwirkungen benötigten Mitte der 40er Jahre Teilchenenergien, die mit den Zyklotron bzw. dem Betatron nicht mehr zu erreichen waren. Aus diesem Grund wurde das Synchrotron entwickelt, dessen Prinzip 1945 fast gleichzeitig von Edwin Mattison McMillan an der Universität von Kalifornien und von Vladimir Iosifovich Veksler in der Sowjetunion beschrieben wurde.
Der Bahndurchmesser der beschleunigten Teilchen wurde für die geforderten Teilchenenergien so groß, dass ein einzelner Magnet nicht mehr ausreichte, um das Ablenkfeld zu erzeugen. Man verwendete daher viele kompakte Ablenkmagnete, die in einer kreisförmigen Anordnung aufgestellt sind und den Strahl auf einer idealen, geschlossenen Bahn halten. Zusätzlich wird der Teilchenstrahl von Fokussierungsmagneten gebündelt. Zwischen den Magneten bleibt genügend Platz für eine oder mehrere Beschleunigungsstrecken. Um die Teilchen auf einer Kreisbahn zu halten wird das Magnetfeld der Ablenkmagnete synchron (Synchrotron) zur Energiezunahme der Teilchen erhöht.
Der Teilchenstrahl wird Vorbeschleunigt und kann dann bei minimalem Magnetfeld in das Synchrotron mit Hilfe eines Injektionsmagneten injiziert werden. Ist die Endenergie erreicht, können die Teilchen durch einen sehr schnell gepulsten Ejektionsmagneten hinausgelenkt werden.
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