Der eigentliche Behandlungstag beginnt für die Patienten sehr früh. Um 7:00 erfolgt die Anlage des Stereotaxie-Rahmens an den Kopf in örtlicher Betäubung. Ab 7:30 findet dann in der Regel die kernspintomografische Untersuchung statt. Je nach Art der Erkrankung kann zusätzlich eine Computertomografie oder eine digitale Subtraktions-Angiografie nötig sein. Kinder unter 14 Jahren werden üblicherweise in Vollnarkose behandelt; hier ist das Prozedere etwas anders. Nach den bildgebenden Untersuchungen werden die Patienten auf ihre Zimmer zurückgebracht. Hier können sie zunächst in Ruhe frühstücken, während gleichzeitig die Bilddaten über ein Netzwerk auf die Planungsrechner übertragen werden und die Bestrahlungsplanung beginnt. Die wesentlichen Schritte sind hier die stereotaktische Definition der Bilder, die Festlegung des Zielgebietes und anschließend die Erarbeitung einer Abfolge von geeigneten Zielpunktsparametern. Gegebenenfalls schließt sich, speziell bei Angiomen, wo gute statistisch verwertbare Erfahrungsdaten bekannt ist, eine Risikoanalyse der Behandlung an. Die eigentliche Bestrahlung mit dem Gamma Knife schließlich kann zwischen einer halben und mehreren Stunden dauern, in der Regel ist jedoch eine Zeitspanne zwischen einer und drei Stunden ausreichend. Die Behandlung selbst ist völlig schmerz- und lautlos. Die Patienten sind aber herzlich dazu eingeladen, sich eigene Musik in Form von CD oder MC mitzubringen, die im Behandlungsraum abgespielt werden kann. Während der eigentlichen Bestrahlung werden die Patienten durch vier Kameras beobachtet und können über eine Gegensprechanlage am Gerät ständig Kontakt zum Behandlungsteam aufnehmen.
Die radiochirurgische Behandlung erfolgt durch speziell ausgebildete Ärzte der Neurochirurgischen Klinik, die nach Indikationsstellung auf der Grundlage der Vorbefunde und der Ergebnisse der bildgebenden Verfahren die Bestrahlungsplanung durchführen und den Patienten nach Fixierung des stereotaktischen Rahmens am Patientenkopf im Gamma Knife behandeln. Besonders ausgebildete Ärzte und Physiker der Klinik für Strahlentherapie sind für den Strahlenschutz und die strahlenphysikalische Kontrolle der Bestrahlungsplanung und für die technische Qualitätskontrolle zuständig. Sie werden nach Abschluß der Planerstellung konsiliarisch hinzugezogen.
Die für die Behandlung (teilweise auch für die klinische Nachkontrolle) notwendigen computertomographischen, kernspintomographischen und angiographischen Untersuchungen werden durch Ärzte der Neuroradiologie (Leiter Univ. Prof. Dr. med. Armin Thron) durchgeführt. Falls PET oder SPECT Untersuchungen nötig sind, erfolgen diese in der Klinik für Nuklearmedizin (Direktor: Univ. Prof. Dr. med. Udalrich Büll) im Hause. Klinische Kontrollen erfolgen durch Ärzte und Neuropsychologen der Neurochirurgischen Klinik.