颅脑伽玛刀是通过立体定向技术，将分布在一半球形钢体上的数十甚至上百个钴60源放射出的能量较低的伽玛射线（γ射线），从不同的位置和角度，通过引导、准直、限束、聚焦将其精确汇聚到颅内预定的靶区，在靶区形成一个能量巨大的剂量场。聚焦点中心能量最大，呈等剂量向周围锐减，且剂量锐减的梯度很大很快，聚焦点外的能量非常小，这样聚焦点就象锋利的“刀”一样。且焦点的大小和形状可以通过计算机治疗计划设计系统来加以改变和优化，使焦点有效剂量场的大小和形状完全与颅内病灶的大小和形状相吻合，通过放射线聚焦点的巨大能量一次性毁损病灶内的组织，而病灶外的正常脑组织因只受到少量或者瞬间照射，得以受到保护而不至于损伤。

　　因颅脑伽玛刀治疗具有类似外科手术的效果和几乎不损伤正常脑组织的特性，颅脑伽玛刀才能实现一次性大剂量的照射治疗，而不需要分次治疗（除非特殊情况或特殊病变有意为之），这是目前其他立体定向放射治疗设备所不具备的优势。从放射生物学角度来看，伽玛刀一次治疗剂量相当于甚至大于普通放疗一个疗程的总放射剂量，即便是对普通放疗不敏感的颅内良性肿瘤也能起到良好的治疗作用。