L'apparecchio utilizzato è in grado di produrre una radiazione molto concentrata, perciò la metodica viene anche chiamata Gamma Knife, cioè "coltello ai raggi gamma". Il principio fondamentale della radioterapia è quello della ionizzazione selettiva del tessuto, mediante fasci di radiazioni ad alta energia. La ionizzazione è la produzione di ioni e radicali liberi che sono di solito deleteri alle cellule. Questi ioni e radicali, che possono essere formati dall'acqua nella cellula o nei materiali biologici, possono produrre danni irreparabili al DNA, alle proteine e ai lipidi, causando la morte della cellula. Così l'inattivazione biologica viene effettuata in un volume di tessuto da trattare, con un preciso effetto distruttivo. La dose di radiazione è di solito misurata in Gray (un Gray è l'assorbimento di un joule di energia per chilogrammo di massa). Un'unità che tenta di prendere in considerazione sia i diversi organi irradiati che il tipo di radiazione è il Sievert (Sv), la quale descrive sia la quantità di energia depositata che l'efficacia biologica. La metodica radiochirurgica stereotassica ha lo scopo di limitare il danno ai tessuti limitrofi e di ridurre al minimo gli effetti collaterali. 