As Malformações Arteriovenosas (MAVs) cerebrais são redes de vasos sanguíneos anormais, onde o sangue passa diretamente das artérias para as veias sem antes passar pelo sistema capilar normal. Estes vasos alterados apresentam paredes vasculares menos resistentes, pelo que o risco de hemorragia é elevado, podendo causar AVCs, crises epilépticas e defeitos neurológicos, tais como paralisia ou alterações da memória, da linguagem ou da visão. A Radiocirurgia com Gamma Knife é o tratamento de eleição em casos de MAVs profundas ou localizadas em zonas eloquentes do cérebro, especialmente as situadas no tronco cerebral. Noutros casos, a Radiocirurgia pode complementar tratamentos de embolização parcial ou tratar resíduos de MAVs previamente operadas.

Os resultados dependem do volume e angioarquitectura da MAV e da dose de radiação administrada. Em geral, consegue-se a obliteração dos vasos em 90% das MAVs pequenas e em 60% das maiores. Nas MAVs de maiores dimensões, a Radiocirurgia provoca uma redução significativa do volume, sendo possível um segundo tratamento Gamma Knife sobre o resto da lesão.