从1970年以后激光应用于神经外科的报道较多，特别是激光显微神经外科及激光器的联合应用于脑部的手术是神经外科的一大进步。根据临床应用观察，激光对脑部的肿瘤治疗均取得较为满意的疗效。颅内肿瘤经激光治疗复发率低，效果突出，并能最大限度地减轻对脑组织的损伤，切除肿瘤彻底，远优于传统的手术治疗。
在脑外科中当今应用的激光刀有CO2激光（有的配有电脑控制输出功率，及He-Ne的同路指示光），Nd：YAG激光及Ar+激光。大脑表面的脑膜瘤、恶性胶质瘤、脑转移瘤、颅底脊索瘤、软骨瘤等主要用10.6μm（CO2）激光切除。适用于脑或脊髓的肿瘤并能仔细地分离其紧密的粘连，因而可以避免挤压或牵拉神经组织，减少对手术后的功能影响。脑室内肿瘤、颅底肿瘤及多种硬质肿瘤用Nd：YAG激光（1.06μm）手术，可减少出血机会。如进行经鼻蝶进路的脑垂体肿瘤手术，用Nd：YAG激光打开鞍区的骨板，传送激光的石英光纤操作灵活，配以特殊装置，对脊髓内部的肿瘤、脑动脉畸形、囊性及梭形的脑血管动脉瘤、松果体肿瘤或脑干等高难度手术也能较满意地完成。Ar+激光的功率比Nd：YAG激光小，在止血功能上比CO2激光好，极适用于某些精细手术的切除，象脊髓感觉神经根切断术来治疗顽固性的疼痛。激光应用颅脑外科手术的方式主要有汽化、切割、光凝等。
经动物实验证实激光汽化对周围组织的损害比高频电凝为轻，邻近脑组织的升温也很低，在激光汽化的同时进行止血费时较少，尤其对颅骨缝内残瘤的组织彻底清除比较容易，对脑组织内肿瘤，汽化深浅的程度容易控制，正因激光有如此多的优点，被应用于多种脑肿瘤的汽化性治疗。根据肿瘤的性质联合或单一激光应用。质地较硬的脑瘤如实质性星形胶质细胞瘤直接用CO2激光汽化切除，第四脑室底部的室管膜瘤，部位较深，用CO2激光手术显微镜，精确地汽化瘤组织。垂体肿瘤、颅咽管肿瘤、听神经瘤等常与重要神经或血管粘连较多，不易将肿瘤完整剥离切除，可用CO2激光先作大部分肿瘤切除后再汽化残留的肿瘤组织。对一些囊性肿瘤，暴露后先吸尽囊内液，再用CO2激光汽化肿瘤，较方便而有效，还能避免手术剥离囊壁时对邻近脑组织的挤压及牵拉。脑血管、脑膜瘤等血管增生为主的肿瘤主要用Nd：YAG激光切割，或用Nd：YAG激光先凝固后再用CO2激光汽化残余瘤组织及基底。脑内浸润性生长，边界不清的脑胶质细胞瘤，也可用CO2激光汽化处理，可在尽量减少正常脑组织损伤的基础上，最大可能地去除肿瘤。经上海、武汉等地医院对许多例脑部肿瘤手术后的观察，均取得满意的效果。临床上认为汽化脑瘤用时短，对脑组织损伤较小，去除肿瘤较彻底，光束能杀灭细菌，减少感染机会，极易控制深度。手术中用浸湿棉片保护正常的脑组织，吸除血液、脑脊液、烟雾保持手术野干净，禁用与氧混合的挥发性麻醉剂，做好术中的激光防护。Ar+激光很适于脑部精细组织的切割，一些血管较丰富的脑瘤，也可采用激光石英刀及蓝宝石激光刀进行分块切割。
用激光光凝治疗脑动脉畸形或动脉瘤：对脑动脉畸形用CO2激光照射，使之凝固，然后进入病灶内，夹闭其血管，最后再分块切除。国外文献报道用CO2激光与Nd：YAG激光合用治疗脑血管畸形、动脉瘤等32例非常成功，而且术后恢复良好。
较低功率的CO2激光，一般用5W，聚集为0.6mm光斑，在显微镜下还可进行脑部的血管吻合与神经焊接。特点为吻合口内腔光滑，内膜无增厚，与缝线的吻合相比，吻合口附近的组织反应小。经长期观察，CO2激光组的动物，其诱发电位的阳性率达85％，缝线组仅78％。
