回旋加速器是一种利用高频电场实现粒子多次共振加速的装置。早期的回旋加速器属于低能加速器，受到质量相对论性增长引起的加速相位移动的限制。第二次世界大战之后，自动稳相原理的提出使回旋加速器得到进一步发展。苏联V.I.韦克斯勒于1944年最先提出自动稳相原理。1945年美国加利福尼亚大学的E.M.麦克米伦也独立地提出此原理。除同步回旋加速器外，自动稳相原理亦应用于其他各类共振加速器，如强聚焦同步加速器、驻波直线加速器和行波直线加速器等。

在回旋加速器中，若磁场、高压加速电场的频率和周期都恒定，当粒子速度增大的相对论效应引起的质量增大，粒子的回旋周期也会随之改变，导致加速相位不断移动，不能实现恒定相位的共振加速。对加速器某些参数，如电场频率、磁场强度，或其他有关参数按一定规律调节，可以使粒子周期性运动和加速电场的周期性变化保持严格的同步，将粒子加速相位保持在平衡相位上。理论上，严格处于平衡相位的加速粒子的数量很少，根据自动稳相原理，与有一定偏差的大量非同步粒子不会中断加速，它们围绕平衡相位来回摆动，“平均”地得到加速，最终达到和同步粒子相当的能量。

同步回旋加速器是一种准共振类型的加速器，满足准共振加速条件，其中为高频电场频率；为粒子加速频率，即单位时间加速次数；为同步粒子速度；为粒子运动轨道周长。同步回旋加速器只通过调变电场频率来实现准共振加速条件，因此要求，其中为加速粒子总能量；为粒子电荷数；为光速。由于磁场强度为常数，随时间递增，故需要调控高频电场频率应随时间递减。

同步回旋加速器的结构与经典回旋加速器十分相似，主要区别是D形电极的共振回路中使用可变电容器，以调变频率。频率调变幅度通常为2∶1左右，调制的重复频率为60～100赫兹。调频技术的采用，使加速器的能量上限由几十兆电子伏上升至几百乃至上千兆电子伏；但粒子束流不再是连续束，而是脉冲束流，因而平均流强下降到0.1%～1%。不变频的扇形聚焦回旋加速器克服了流强减少的问题。

理论上只要调频电场始终能满足准共振条件，则粒子可以获得相当高的能量。但同步回旋加速器的缺陷在于粒子能量越高，其运动轨迹的半径也越大。要建造高能同步回旋加速器，磁铁必须很大，受到经济性的研制制约。因此，在高能领域往往采用拥有固定轨道的同步加速器。