1951年，瑞典的Leksell教授首次提出放射外科的概念，設想利用立體定向技術，用大劑量的高能質子束一次性破壞靶組織，達到外科治療的一般療效，並將這種治療方法命名為立體定向放射外科 " Stereotacfic Radiosurgery " 。
相應地，神經系統的放射外科治療也被稱為立體定向放射神經外科，即根據立體定向的原理，有選擇地確定顱內正常或病變組織的靶點，用大劑量窄束電離輻射精確聚焦於靶點，產生病灶破壞。以達到治療疾病的目的的學科。
由於放射線具有靶區劑量高聚集、周圍劑量迅速下降的分佈特點，靶區周圍的組織幾乎不受放射線的損傷，其對靶區的破壞類似於手術刀式的切除，所以被形象地稱為。"刀"。其對靶區的破壞類似於手術刀式的切除，所以被形象地稱為。"刀"。根據所用放射源的不同，有靜態或動態照射方式的區別，頭部常用的立體定向放射外科系統被稱為 "伽瑪刀 "和 "X刀"。
立體定向放射外科與傳統放療有本質區別，傳統放療是利用腫瘤組織和正常組織對射線的不同敏感性（Radiosensitivity）來治療疾病，正常組織同時受到較大劑量的照射。
傳統放射治療設備的準確性遠遠不能滿足立體定向放射神經外科的需要。
立體定向放射神經外科手術與普通神經外科手術有明顯不同。它可以避免術中、術後出血、感染和損傷顱內重要結構的風險，特別是對腦深部病變和多發性病變，成為普通神經外科手術的有利補充。該手術已被用於改善接受治療的病人的生活質量。
