Краниальный гамма-нож — это стереотаксическая техника, которая распределяет гамма-лучи более низкой энергии (γ-лучи), испускаемые десятками или даже сотнями источников кобальта-60 на половине сферического стального корпуса, с разных позиций и под разными углами, посредством наведения, коллимации, ограничения луча и фокусировки, чтобы точно сойтись на заранее определенной целевой области в черепе, формируя дозовое поле огромной энергии в целевой области. Центр фокальной точки является наиболее энергичным, и доза уменьшается равными дозами к периферии, причем градиент уменьшения дозы очень большой и быстрый, в то время как энергия вне фокальной точки очень мала, так что фокальная точка подобна острому «ножу». Размер и форма очага могут быть изменены и оптимизированы компьютерной системой разработки плана лечения таким образом, чтобы размер и форма поля эффективной дозы очага точно соответствовали размеру и форме внутричерепного поражения, уничтожая ткани внутри поражения сразу огромной энергией очага излучения, в то время как нормальные ткани мозга за пределами поражения защищены от повреждения лишь небольшим или мгновенным облучением. Благодаря хирургическому эффекту краниального гамма-ножа и почти неповреждающему характеру нормальной ткани мозга, краниальный гамма-нож может обеспечить однократное лечение высокой дозой облучения без необходимости раздельного лечения (если только особые обстоятельства или особые поражения не являются преднамеренными), что является преимуществом, которым в настоящее время не обладают другие устройства стереотаксической лучевой терапии. С радиобиологической точки зрения, разовая лечебная доза Гамма-ножа эквивалентна или даже превышает суммарную дозу облучения курса обычной радиотерапии, и может обеспечить хорошее лечение даже доброкачественных внутричерепных опухолей, которые не чувствительны к обычной радиотерапии.