1951年，瑞典的Leksell教授首次提出放射外科的概念，设想利用立体定向技术，用大剂量的高能质子束一次性破坏靶组织，达到外科治疗的一般疗效，并将这种治疗方法命名为立体定向放射外科 " Stereotacfic Radiosurgery " 。
相应地，神经系统的放射外科治疗也被称为立体定向放射神经外科，即根据立体定向的原理，有选择地确定颅内正常或病变组织的靶点，用大剂量窄束电离辐射精确聚焦于靶点，产生病灶破坏。以达到治疗疾病的目的的学科。
由于放射线具有靶区剂量高聚集、周围剂量迅速下降的分布特点，靶区周围的组织几乎不受放射线的损伤，其对靶区的破坏类似于手术刀式的切除，所以被形象地称为。"刀"。其对靶区的破坏类似于手术刀式的切除，所以被形象地称为。"刀"。根据所用放射源的不同，有静态或动态照射方式的区别，头部常用的立体定向放射外科系统被称为 "伽玛刀 "和 "X刀"。
立体定向放射外科与传统放疗有本质区别，传统放疗是利用肿瘤组织和正常组织对射线的不同敏感性（Radiosensitivity）来治疗疾病，正常组织同时受到较大剂量的照射。
传统放射治疗设备的准确性远远不能满足立体定向放射神经外科的需要。
立体定向放射神经外科手术与普通神经外科手术有明显不同。它可以避免术中、术后出血、感染和损伤颅内重要结构的风险，特别是对脑深部病变和多发性病变，成为普通神经外科手术的有利补充。该手术已被用于改善接受治疗的病人的生活质量。
