目前有3個臨床試驗探討有關全腦放射線治療加手術與全腦放射線治療單獨治療，對比於單個腦轉移病灶的治療效果，結果顯示全腦放射線治療加手術的聯合治療方案可以帶來病患存活期的延長。

腦部腫瘤切除手術後應用全腦放射線治療的原因，可以降低復發率，清除術後殘留的腫瘤細胞，可以帶來顱內局部區域復發獲益以及預防腦內其他部位轉移灶。術後全腦放射線治療對整體存活時間的影響並不明確。

有學者將48例單個腦轉移病灶患者，隨機分配到外科手術之後進行全腦放射線治療（36Gy/20F）與僅全腦放射線治療。該實驗中，接受外科手術之後進行全腦放射線治療的患者顯示出有較佳的局部控制、整體存活時間與生活品質的提高，但並未能顯示出對遠端轉移的控制。

立體定位放療手術（stereotactic radio-surgery，SRS ）是一種非外科的放射線治療手段，可以給予腫瘤靶區單次或多次高劑量的精準放療，允許在靶區內給予最大可能的放射線治療劑量，而靶區周圍的正常組織的劑量則降到最低，從而減少了放射線治療的潛在併發症發生的可能性。其適應症為外科不可切除，位於功能區或較深位置的轉移灶，以及多發性的轉移灶。而外科不可切除的轉移病灶，通常指的是腦轉移數量最多在4-5個，病灶直徑＜3cm，且不伴有症狀。而立體定位放療手術的優點乃是住院時間較短、出血和感染風險低、併發症風險低、無需全身麻醉與禁忌症較少。