Terapéutica utilizada exitosamente para tratar ciertos tipos de tumores cerebrales y malformaciones de los vasos sanguíneos del cerebro. En esta práctica la administración del tratamiento en el acelerador lineal, no conlleva dolor y no causa sangrado, evitando riesgos de infección. Consiste en suministrar y concentrar una alta dosis de radiación (fotones de alta energía), a cráneo cerrado con metodología Estereotáxica, en el centro de una lesión pequeña, preservando el tejido sano adyacente, en un solo día y en una sola sesión. Se logra a través de un sofisticado software de planificación tridimensional que optimiza el empleo de múltiples arcos no coplanares convergentes en el centro de la lesión. Con el empleo de colimadores secundarios la dosis de radiación decae abruptamente fuera de la zona de tratamiento (volumen blanco), quedando el tejido sano que rodea a la lesión libre de radiación letal.
En la Radiocirugía se incluyen técnicas no convencionales que emplean la radioterapia como arma quirúrgica. La radioterapia convencional basa su acción en la diferente sensibilidad a las radiaciones entre tejido normal y el tumoral, ya que este último suele ser más sensible que el primero. La radiocirugía tiende a aumentar la dosis entregada a una lesión hasta provocar efectos radionecróticos (ablativas), concentrando temporal y espacialmente la aplicación en los blancos.
Se determina por medio de métodos estereotáxicos las coordenadas de la lesión intracraneana. Luego de calcular el plan de irradiación más conveniente que provea una dosis máxima en el blanco, respetando estructuras nobles vecinas, se procede a irradiar utilizando un sistema de alta precisión, haciendo coincidir el centro del blanco con el isocentro de rotación del Acelerador Lineal. De esta forma se concentra espacial y temporalmente la irradiación empleando múltiples puertas de entrada.