是利用立体定向技术进行病变定位，使高能射线(x线或γ线)小野集束聚焦照射靶区，给病变组织单次大剂量照射致病变组织毁损的一种治疗技术。由于高剂量集中在靶区，周围正常组织剂量很小，射线起到类似手术刀的作用，故称立体定向放射外科。其特点是小野、焦束、大剂量。采用60钴(60Co)放射源所完成的放射外科俗称伽玛刀(γ刀)，采用直线加速器所完成的俗称X刀(或光子刀)。
1967年世界上第一台γ刀投入临床使用。该机采用立体定向的原理，标定患者颅内靶点的座标位置，179个60Co源，经过准直器使窄条射线束精确地从不同方向对靶点集中照射，在靶区形成焦点。1970年诞生第二代γ刀，采用201个60Co放射源，使其产生球形放射野，周围剂量递减分布更陡，位置误差减少到0.1mm，且可更换准直器，可采用多个等中心，以治疗形状不整及大小不一的病变。
1984年设计了第三代γ刀，使用CT定位的头部框架，并配备了电子计算机进行图像分析，使之更加安全可靠。
1995年，我国深圳在静态式伽玛刀的基础上，设计研制了旋转式γ刀。该机采用旋转聚焦的原理，将30个可旋转照射的60Co源围绕靶区中心作锥面旋转聚焦运动。每个单位体积内只受到微量的照射。同时减少了辐射半影，提高了“刀”的锋利程度。1996年，又在头部旋转式伽玛刀的基础上开发出适合全身各部位肿瘤定向放射治疗的体部伽玛刀，使伽玛刀治疗从颅内扩展到颅外全身。1998年开始应用了临床。
与伽玛刀相比，X刀出现时间稍晚些。20世纪50年代，出现了直线加速器，受头部γ刀启示，20世纪80年代初，法国及阿根廷的科学家开始将脑立体定向手段与直线加速器结合，对颅内靶区进行集中照射，开创了等中心直线加速器的立体定向放射外科，因为照射使用的是直线加速器产生的X射线，所以又把这种类似伽玛刀立体定向照射技术称X刀。
γ刀和X刀有什么区别?
X刀与γ刀的设计原理及聚焦原理相同，二者之间的主要差异如下：
(1)X刀与γ刀使用放射源不同。X刀使用直线加速器产生的X射线，γ刀使用60Co产生的γ射线。
(2)X刀的治疗准确性略低于γ刀。因加速器的机械偏差，X刀射线束的中心区可能发生的偏差为0.6cm，γ刀的偏差则
