En el cerebro, las diferentes estructuras nerviosas tienen distinta sensibilidad a la radiación: son más sensibles los nervios craneales, el tronco cerebral, el hipotámalo, etc. Por ello, ésta distinta sensibilidad hace que la probabilidad de afectarse por la irradiación sea diferente en cada tratamiento, según la zona en que se encuentre dicha lesión.
La radiocirugía administra una dosis de radiación muy centrada en la lesión a tratar, pero si dentro de la malformación o del tumor, o en contacto íntimo con el mismo, hay nervios craneales o estructuras muy sensibles, éstas pueden verse afectadas por la irradiación
En el caso de tumores que crecen incluyendo nervios craneales, éstos se verían afectados irremediablemente por el crecimiento del tumor.
Si son tratados con radiocirugía, existe una posibilidad de que se afecten también por las irradiación. Con las dosis habituales, que suelen conseguir el control del crecimiento del tumor en el 80-90% de los casos, hay un riesgo de afectación de los nervios que están incluidos o muy próximos al tumor, que se puede determinar entre el 6 y el 15%. Esta afectación, cuando se produce, aparece entre los 3 y 24 meses después del tratamiento y, generalmente es reversible en un plazo de 6 a 24 meses, aunque en un mínimo porcentaje (3-5%) puede ser permanente.

Otro efecto secundario que puede presentarse, entre 1 y un 3%, es la aparición de un cuadro de edema alrededor de la zona tratada, por efecto de la irradiación dispersa o por efecto de la reabsorción de los residuos de destrucción del tumor.
Este edema peritumoral, puede ser simplemente un cambio de la imagen, valorable en los estudios de TAC o de Resonancia Magnética y sin ninguna manifestación clínica, o puede manifestarse con síntomas de la zona en que aparece el edema.
Dependiendo de las zonas cerebrales, los síntomas pueden traducirse en déficit motor, déficit de sensibilidad, afectación de la marcha, defecto en el campo visual, etc. Este efecto de edema también suele ser totalmente reversible, al cabo de unos meses.

En las malformaciones arteriovenosas, los efectos secundarios sobre nervios craneales o sobre centros nerviosos, son similares a los tumores, aunque menos frecuentes, porque generalmente están en zonas más resistentes a la irradiación y habitualmente lejos de los nervios craneales.

La posible afectación de la córnea por la irradiación, es un riesgo casual, ya que en la radiocirugía, la multiplicidad de entradas de la radiación, hace que las dosis que pueda recibir la córnea esté prácticamente siempre por debajo de los valores de riesgo.

Las malformaciones arteriovenosas en su evolución natural, tienen un riesgo de producir nuevas hemorragias cerebrales entre el 2 y el 4%, por cada año, de forma espontánea. Debemos tener en cuenta que la hemorragia cerebral es una eventualidad que puede tener cualquier tipo de consecuencias.
En los pacientes tratados con radiocirugía, el riesgo de sangrado desaparece totalmente cuando se produce la oclusión total del nido de la malformación, pero persiste durante el tiempo que tarda en cerrarse la malformación.