伽玛刀适合治疗脑肿瘤、脑血管畸形、三叉神经痛、癫痫等。其疗效都十分肯定，都能控制或治愈。不同疾病，疗效反应各不一样，病变消失的快慢和持续时间有较大区别。
这些在治疗以前就可以明确判断：
1、脑转移瘤是癌症晚期的一种表现，也是癌症死亡的主要原因。脑转移瘤，如果不治疗的话自然生存期很短，平均3个月，若选择头部伽玛刀治疗，就能大大延长，就算肿瘤再次转移，只要选择头部伽玛刀，病人不会因为脑转移瘤而导致死亡。因此头部伽玛刀被成为脑转移瘤的“免死金牌”。头部伽玛刀的脑转移瘤控制率在95％以上，不论肿瘤的大小、性质、部位、数量等因素，都应该首选头部伽玛刀。
2、听神经瘤属良性肿瘤、是可以治愈的。听神经患者初期仅有耳鸣、听力下降，后期肿瘤发展压迫神经，会导致肢体瘫痪、头痛、颅内高压等。明确诊断后可以选择开颅手术和伽玛刀治疗。由于开颅手术无法保留听力，而且极可能面瘫、偏瘫等，因此症状轻、肿瘤小（直径<3cm）的患者首选伽玛刀。伽玛刀控制肿瘤的有效率90％以上，极少面瘫，也可能保存听力。治疗后半年肿瘤开始缩小，2-3年肿瘤消失。大肿瘤（直径>3cm）或伴有脑积水的患者，最好先手术减压或现行分流手术。病人其它条件不允许手术的话，也可选择伽玛刀。
3、垂体腺瘤属良性肿瘤，表现头痛、视力下降、内分泌异常。有“巨人症”、“肢端肥大症”、“柯兴病”、闭经、泌乳、性功能障碍、甲亢等。治疗方法有药物、手术和伽玛刀。多数病人可优选伽玛刀治疗。伽玛刀疗效十分肯定，有效率85％以上，半年后肿瘤开始缩小、激素逐步恢复，1-2年内痊愈，伽玛刀治疗很少影响垂体功能。对于肿瘤侵犯周围血管、手术切除困难的患者，更应该选择伽玛刀。
4、脑动静脉畸形，伽玛刀能使脑动静脉畸形的毛细血管内皮增生、最终闭塞治愈。疗效十分肯定也十分稳定，闭塞率第一年约30-50％，第二年约70-85％，第三年会增加到90％以上。十分安全，正常血管不受损害，并发症少且轻，这是“开颅手术”或“血管内栓塞”不能比的。治疗后水肿很少发生、可以控制。
5、脑膜瘤，虽然生长缓慢，但属于加速度生长，发现后应及时治疗，个别肿瘤也会恶变。没有症状的患者，为避免开颅手术，应尽早伽玛刀治疗。伽玛刀治疗脑膜瘤的控制率在85％以上，1-2年后会逐渐缩小或消失。对于手术困难或手术后残留的肿瘤，更是要用伽玛刀治疗，防止生长复发。颅底脑膜瘤体积较大，手术危险、全切困难，还可以选择头部伽玛刀剂量分割治疗。
6、胶质瘤是颅内最多见的原发恶性肿瘤，疗效差、易复发、难根治。但伽玛刀可控制肿瘤，让肿瘤缩小、消失。如果肿瘤发现早，体积小，优先选择伽玛刀，以延缓病情、保持现有生活质量；肿瘤发展后期、体积较大时，应该开颅手术，以延长生命。对于偏良性、低级别的星型细胞瘤，体积往往较大，采取伽玛刀“剂量分割治疗”会有非常满意的结果。
7、颅咽管瘤：多见儿童，虽属良性，但疗效不稳定，易复发，易引起发育障碍和双目失明。治疗有开颅手术、定向穿刺内放疗术、伽玛刀等。应该采取综合治疗。伽玛刀能控制实质性肿瘤、减少囊性变复发。
8、松果体区肿瘤，由于位置深、恶性占多数、其中生殖细胞瘤对放疗极为敏感。在没有伽玛刀以前，常先采取小剂量放疗，如果肿瘤缩小很快，就继续放量到极限量。但如果疗效不佳（非生殖细胞瘤）则十分棘手。目前更趋向直接伽玛刀剂量分割治疗，不论性质如何，肿瘤都能较好的控制，如果短期内（1月左右）肿瘤消失，生殖细胞瘤可能性大，就建议补充外放疗防止复发。针对有脑积水的患者，也可以先伽玛刀治疗，肿瘤缩小后脑积水自行消失，可免除分流手术。适合伽玛刀治疗的脑肿瘤，还有脊索瘤、淋巴瘤、神经鞘瘤（神经纤维瘤）、海面状血管瘤等等。
