脑血管畸形一般包括动静脉畸形、脑内的海绵状血管瘤、硬脑膜外的海绵状血管瘤、硬脑膜动静脉畸形和静脉畸形。
伽玛刀治疗对于动静脉畸形疗效显著，已被广泛认同，小型动静脉畸形（平均直径小于3cm）单次治疗后三年的完全闭塞率为70～90%，不适合开颅手术或栓塞治疗的大型动静脉畸形两次治疗后五年的闭塞率为60～70%，因此伽玛刀和开颅手术、栓塞一样已成为治疗动静脉畸形的一线治疗手段。
对于伽玛刀治疗脑内的海绵状血管瘤的临床疗效，目前在神经外科界还有争论，有的认为不能证实伽玛刀可使海绵状血管瘤闭塞并降低其出血率，有的则认为伽玛刀可以降低海绵状血管瘤的出血率，目前普遍认为，伽玛刀可用于治疗脑深部反复出血且开颅手术风险大的海绵状血管瘤，治疗时机一般选择在出血后半年。
中颅窝底硬脑膜外的海绵状血管瘤（以海绵窦的海绵状血管瘤常见）对放射线敏感，且因肿瘤位置关系显微手术困难，故适合伽玛刀治疗。对于硬脑膜动静脉畸形伽玛刀也有明显的疗效，尤其对海绵窦处病灶的治疗临床症状改善显著，与栓塞治疗相结合是对硬脑膜动静脉畸形的首选治疗。
