В стереотаксической радиохирургии (СРС) трехмерные координационные системы (стереотаксии) согласовываются с изображениями, по которым пациенту ставится диагноз. Затем облучение подается на цель в мозге в виде одной фракции в высокой дозе в четких и точных пределах. Эту процедуру можно применять и за пределами центральной нервной системы.

Гамма-нож используется для лечения опухолей, особенно в головном мозге, путем «концентрации высокоинтенсивного гамма-излучения в небольшом объеме». При лечении Гамма-ножом многие лучи гамма-излучения точно фокусируются на опухоли, и все лучи концентрируются в объеме опухоли. Поскольку индивидуальная интенсивность каждого луча относительно невелика, излучение оказывает незначительное вредное воздействие на нормальную ткань мозга вокруг опухоли. Таким образом, хотя лечение Гамма-нож убивает раковые клетки и уменьшает опухоль, оно не наносит вреда здоровым окружающим тканям, поскольку концентрирует излучение точно в пределах границ опухоли.

Известно, что радиохирургия Гамма-нож эффективна при доброкачественных или злокачественных опухолях головного мозга размером до 4 сантиметров (таких как акустические невриномы, герминомы, менингиомы, метастазы), сосудистых пороках развития, таких как артериовенозные мальформации (АВМ), болях, таких как невралгия тройничного нерва, и другие функциональные проблемы. Радиохирургия обычно не удаляет опухоль полностью. С биологической точки зрения «успехом лечения» считается инактивация опухоли и прекращение роста очага поражения. Острые осложнения после радиохирургии Гамма-нож встречаются редко.