Para a localização de uma estrutura ou tumor cerebral com estereotaxia deve-se utilizar um aparato metálico que deve ser fixado ao crânio e em relação ao qual são realizados os cálculos das coordenadas cartesianas X, Y e Z do alvo que se deseja atingir no procedimento. O aparato fixado ao crânio permite a adaptação de peças articuláveis que permitem a reprodução exata das coordenadas cartesianas no centro cirúrgico e possibilita a inserção de agulhas ou eletrodos até o local previamente calculado. Assim, a estereotaxia é a técnica ideal para a realização de biópsias de tumores cerebrais profundos. A drenagem de cistos e hematomas cerebrais também é uma aplicação desta técnica minimamente invasiva. Este tipo de procedimento possibilita inclusive a realização de procedimentos com anestesia local com a colaboração do próprio paciente. 

O primeiro procedimento estereotáxico no homem foi realizado em 1946 por Spiegel e Wycis para tratamento de um distúrbio psiquiátrico. Realizaram uma lesão no núcleo dorsomedial do tálamo como uma alternativa à lobectomia pré-frontal que causava seqüelas cognitivas nos pacientes. O equipamento era fixado ao crânio através de pinos no rebordo orbitário e um molde gessado era confeccionado individualmente para cada paciente. O tipo de imagem utilizada para a localização das estruturas intracerebrais era a pneumoencefalografia. O trabalho de Spiegel e Wycis foi extremamente produtivo e durante os primeiros 20 anos da cirurgia estereotáxica realizaram procedimentos relacionados à quase todas as áreas da neurocirurgia funcional. Além dos procedimentos de psicocirurgia, realizaram procedimentos para dor crônica, distúrbios do movimento e epilepsia.

A talamotomia ou a palidotomia para o tremor observado na Doença de Parkinson foi o tipo de cirurgia estereotáxica mais realizada entre o final da década de 50 e metade da década de 60. Até 1969 estimava-se que cerca de 37.000 procedimentos utilizando a estereotaxia haviam sido realizados em todo o mundo. Com o desenvolvimento de terapias farmacológicas para algumas doenças que eram tratadas com o auxílio da estereotaxia, alguns procedimentos passaram a ser realizados com menor freqüência. Nas décadas de 70 e 80 passou a ocorrer uma maior aplicação da estereotaxia nos procedimentos morfológicos tais como: biópsias de tumores cerebrais, posicionamento de isótopos radioativos e localização de craniotomias. A estereotaxia é utilizada pelo neurocirurgião Carlos Mattozo em sua clínica de neurocirurgia em Curitiba.