Mikrocerrahi, bir beyin cerrahının operasyon mikroskobu ve özel geliştirilmiş aletler kullanarak beynin, omurganın ve omuriliğin en hassas ve küçük yapılarına ulaşması ve onları özel tekniklerle opere etmesidir.

Operasyon mikroskobu cerrahi sahayı parlak bir ışıkla aydınlatır ve büyütür. Bu sayede eğitim almış nöroşirurjien beyin, omurilik ve periferik sinir gibi çok hassas organları daha net, daha aydınlık ve daha büyütülmüş göreceğinden, daha hassas bir ameliyat yapabilir. Pekçok mikroskop görüntüsü ameliyat salonlarında büyük ekranlardan cerrahi ekip tarafından izlenebilir ve istenirse kaydedilebilir.

Mikrocerrahi beyinde bir tümör çıkartmak için, bir anevrizmayı kliplemek için, omurilikten bir tümörü çıkartmak için, boyunda ya da belde bir fıtığa müdahale etmek için kullanılabilir. Mikrocerrahi eğitimi nöroşirurji asistanlık eğitiminin içinde laboratuar ve klinik çalışmaları ile başlar ve yıllar içinde gelişir. Beyin cerrahisi ameliyathane işlemlerinin pek çoğunda mikroskop kullanılmaktadır.