X-刀即等中心直線加速器，其光子束來自直線加速器。主要裝置包括沿水平軸旋轉的光子束框架、沿垂直軸旋轉的治療床、控制光子束的準直器（5~35mm）、Leksell定向架或變形塑料定向架。其中直線加速器機架、治療床可分別做水平與垂直旋轉，使通過準直器的光子束集中于等中心區，恰好與立體定向儀內病人的病灶相重疊，從而使光子束達到毀損病變組織的目的。
X-刀也是用單槍或多槍發射完成其治療，每一槍由5個放射弧完成。大、小病灶分別採用大、小準直器，球形灶可用單槍發射，不規則灶必須用多種準直器多槍發射。X-刀一般採用CT定位，將病人頭部固定于定位架內，先行薄層連續掃描，將CT圖像錄入光盤內，然後將光盤送入X-刀中心工作站內，在屏幕上顯示出病灶的全貌，一一算出每層的X、Y、Z坐標值，用鼠標畫出每層病灶的邊緣，畫出眼球、視神經、視交叉、內囊、腦幹等需要保護的重要部位，然後選用適當準直器，設計出包裹病灶的等劑量線，一般選用80%等劑量線為有效邊緣劑量線，用它完全覆蓋靶灶的邊緣。每槍的5個弧需一一校正，使之避開上述重要部位，最後按80%邊緣劑量線推算出中心最大劑量，並打出處方。對動靜脈畸形及各種良性腫瘤可採用一次性治療，邊緣劑量與伽瑪刀相同，對惡性腫瘤可分5次~6次完成治療，每日或隔日一次，總邊緣劑量可略高于伽瑪刀。
