伽玛刀治疗是根据立体定向原理，使用一次大剂量窄束伽玛射线精确地聚集于颅内靶点，使之产生局灶性破坏，而在靶组织边缘剂量锐减，从而在靶组织边缘形成一类似刀割样的界面，进而达到疾病治疗目的。
    由于放射剂量分布的特殊性，决定了伽玛刀能够一次完成对靶区正常或病变的放射毁损，而又不损害周围正常组织，也不考虑靶区组织对射线的敏感性，这与传统的放射有着根本不同。后者主要是利用病理细胞和正常组织对放射线的敏感性差异，通过分次治疗来达到治疗疾病、保护正常组织的目的。
    伽玛刀与普通神经外科也有显著不同，它避免了传统神经外科开放式手术带来的出血、感染、颅内重要结构的损伤，且能对脑深部包括脑干在内的病变进行有效的治疗。