伽瑪刀適合治療腦腫瘤、腦血管畸形、三叉神經痛、癲癇等。其療效都十分肯定，都能控制或治癒。不同疾病，療效反應各不一樣，病變消失的快慢和持續時間有較大區別。
這些在治療以前就可以明確判斷：
1、腦轉移瘤是癌症晚期的一種表現，也是癌症死亡的主要原因。腦轉移瘤，如果不治療的話自然生存期很短，平均3個月，若選擇頭部伽瑪刀治療，就能大大延長，就算腫瘤再次轉移，只要選擇頭部伽瑪刀，病人不會因為腦轉移瘤而導致死亡。因此頭部伽瑪刀被成為腦轉移瘤的“免死金牌”。頭部伽瑪刀的腦轉移瘤控制率在95％以上，不論腫瘤的大小、性質、部位、數量等因素，都應該首選頭部伽瑪刀。
2、聽神經瘤屬良性腫瘤、是可以治癒的。聽神經患者初期僅有耳鳴、聽力下降，後期腫瘤發展壓迫神經，會導致肢體癱瘓、頭痛、顱內高壓等。明確診斷後可以選擇開顱手術和伽瑪刀治療。由於開顱手術無法保留聽力，而且極可能面癱、偏癱等，因此症狀輕、腫瘤小（直徑<3cm）的患者首選伽瑪刀。伽瑪刀控制腫瘤的有效率90％以上，極少面癱，也可能保存聽力。治療後半年腫瘤開始縮小，2-3年腫瘤消失。大腫瘤（直徑>3cm）或伴有腦積水的患者，最好先手術減壓或現行分流手術。病人其它條件不允許手術的話，也可選擇伽瑪刀。
3、垂體腺瘤屬良性腫瘤，表現頭痛、視力下降、內分泌異常。有“巨人症”、“肢端肥大症”、“柯興病”、閉經、泌乳、性功能障礙、甲亢等。治療方法有藥物、手術和伽瑪刀。多數病人可優選伽瑪刀治療。伽瑪刀療效十分肯定，有效率85％以上，半年後腫瘤開始縮小、激素逐步恢復，1-2年內痊癒，伽瑪刀治療很少影響垂體功能。對於腫瘤侵犯周圍血管、手術切除困難的患者，更應該選擇伽瑪刀。
4、腦動靜脈畸形，伽瑪刀能使腦動靜脈畸形的毛細血管內皮增生、最終閉塞治癒。療效十分肯定也十分穩定，閉塞率第一年約30-50％，第二年約70-85％，第三年會增加到90％以上。十分安全，正常血管不受損害，併發症少且輕，這是“開顱手術”或“血管內栓塞”不能比的。治療後水腫很少發生、可以控制。
5、腦膜瘤，雖然生長緩慢，但屬於加速度生長，發現後應及時治療，個別腫瘤也會惡變。沒有症狀的患者，為避免開顱手術，應儘早伽瑪刀治療。伽瑪刀治療腦膜瘤的控制率在85％以上，1-2年後會逐漸縮小或消失。對於手術困難或手術後殘留的腫瘤，更是要用伽瑪刀治療，防止生長復發。顱底腦膜瘤體積較大，手術危險、全切困難，還可以選擇頭部伽瑪刀劑量分割治療。
6、膠質瘤是顱內最多見的原發惡性腫瘤，療效差、易復發、難根治。但伽瑪刀可控制腫瘤，讓腫瘤縮小、消失。如果腫瘤發現早，體積小，優先選擇伽瑪刀，以延緩病情、保持現有生活質量；腫瘤發展後期、體積較大時，應該開顱手術，以延長生命。對於偏良性、低級別的星型細胞瘤，體積往往較大，採取伽瑪刀“劑量分割治療”會有非常滿意的結果。
7、顱咽管瘤：多見兒童，雖屬良性，但療效不穩定，易復發，易引起發育障礙和雙目失明。治療有開顱手術、定向穿刺內放療術、伽瑪刀等。應該採取綜合治療。伽瑪刀能控制實質性腫瘤、減少囊性變復發。
8、松果體區腫瘤，由於位置深、惡性佔多數、其中生殖細胞瘤對放療極為敏感。在沒有伽瑪刀以前，常先採取小劑量放療，如果腫瘤縮小很快，就繼續放量到極限量。但如果療效不佳（非生殖細胞瘤）則十分棘手。目前更趨向直接伽瑪刀劑量分割治療，不論性質如何，腫瘤都能較好的控制，如果短期內（1月左右）腫瘤消失，生殖細胞瘤可能性大，就建議補充外放療防止復發。針對有腦積水的患者，也可以先伽瑪刀治療，腫瘤縮小後腦積水自行消失，可免除分流手術。適合伽瑪刀治療的腦腫瘤，還有脊索瘤、淋巴瘤、神經鞘瘤（神經纖維瘤）、海面狀血管瘤等等。
