Gdy promień toru ruchu cząstki jest odpowiednio duży, może ona opuścić akcelerator; pomocna w tym może być dodatkowa elektroda kierująca cząstki w odpowiednią stronę.
Częstotliwość cyklotronowa Na cząstkę poruszającą się prostopadle do pola magnetycznego działa siła Lorentza prostopadła do wektorów prędkości i indukcji pola magnetycznego; siła ta pełni rolę siły dośrodkowej:
gdzie: – masa cząstki, – ładunek cząstki, – prędkość, – promień toru ruchu, – indukcja pola magnetycznego.
Przekształcając,
gdzie v/r odpowiada prędkości kątowej ω,
stąd częstość cyklotronowa:
co odpowiada częstotliwości
Ze wzoru tego wynika, że częstotliwość rezonansowa nie jest zależna od prędkości cząstek, ale – przy stałym polu magnetycznym – zależy od stosunku ładunku do masy cząstki. Własność ta sprawia, że cyklotron przyspiesza tylko jeden rodzaj cząstek, co może być jego wadą, ale też zaletą. Cechę tę wykorzystuje się do separacji cząstek w analizatorach mas stosowanych w różnych spektrometrach masy.
Efekty relatywistyczne Przyspieszając cząstki do prędkości porównywalnych z prędkością światła w próżni, napotyka się w cyklotronach problem relatywistycznego wzrostu masy przyspieszanej cząstki. Problem ten można rozwiązać, zmieniając częstotliwość prądu zasilającego duanty.