Stereotaksik radyocerrahi (stereotactic radiosurgery, SRS), üç boyutlu koordinasyon sistemleri (stereotaksi) hastanın tanı aldığı görüntüleri ile koordine edilir. Daha sonra beyindeki hedefe, keskin ve doğru sınırlarda yüksek dozda tek fraksiyon olarak radyasyon verilir. Bu işlem merkez sinir sistemi dışına da uygulanabilir.

Gamma knife özellikle beyindeki tümörleri “yüksek yoğunluklu Gamma radyasyonu küçük bir hacme konsantre ederek” tedavi etmek amacıyla kullanılır. Gamma Knife tedavisinde birçok gama radyasyonu ışını tümöre doğru şekilde odaklanır ve tüm ışınlar tümör hacminde yoğunlaşır. Her bir ışının kendi yoğunluğu nispeten düşük olduğu için, radyasyonun tümörün çevresindeki normal beyin dokusu üzerinde çok az zararlı etkisi olur. Böylece Gamma Knife tedavisi kanser hücrelerini öldürür ve tümörleri küçültürken, radyasyonu tam tümör sınırları içerisine yoğunlaştırdığı için sağlıklı çevre dokuya zarar vermez.

Gamma Knife radyocerrahisinin boyutu 4 santimetreye kadar olan iyi huylu veya kötü huylu beyin tümörleri (akustik nöromalar, germinomlar, menenjiyomlar, metastazlar gibi), arteriyovenöz malformasyon (AVM) gibi vasküler malformasyonlar, trigeminal nevralji gibi ağrı ve diğer fonksiyonel problemler için etkili olduğu bilinmektedir. Radyocerrahi genellikle tümörü tamamen ortadan kaldırmaz. Biyolojik olarak tümörün inaktive edilmesi ve lezyon büyümesinin durması, “tedavi başarısı olarak” kabul edilir. Gamma Knife radyocerrahisini takiben akut komplikasyonlar nadirdir.