Operaties worden als behandelmethode bij de ziekte van Parkinson alleen in het laatste geval toegepast. In Nederland is deze visie enigszins verlaten. Men opereert nu veel eerder. Hersenoperaties zijn al sinds de jaren vijftig toegepast als behandeling voor de ziekte van Parkinson. In Nederland is dit sinds 1996 heringevoerd met de huidige techniek en nieuwe inzichten. Het gaat hierbij om stereotactische operaties waarbij met behulp van een uitwendig frame nauwkeurig de plaats bepaald kan worden. Daarna wordt er via een boorgat in de schedel met een naald in dieper gelegen delen van de hersenen een kleine opzettelijke beschadiging gemaakt. Een dergelijke kleine beschadiging wordt ‘tomie’ genoemd. Aanvankelijk bestonden er twee mogelijke doelgebieden, de thalamuskern en de globus pallidus kern, voor respectievelijk thalamotomie en pallidotomie.
Na de introductie van levodopa in de jaren zestig, raakten de stereotactische operaties voor de behandeling van de ziekte van Parkinson op de achtergrond, met uitzondering van de thalamotomie, die werd toegepast voor de behandeling van ernstige voornamelijk eenzijdige tremor. Toen in de jaren tachtig en negentig de groep patiënten met bijwerkingen van langdurige levodopabehandeling steeds groter werd, herleefde de belangstelling voor stereotactische operaties. Vooral het werk van de Zweedse neuroloog Leksell heeft bijgedragen tot de toepassing van pallidotomie als behandeling voor de complicaties van langdurige levodopatherapie. Met het beschikbaar komen, rond 1995, van diepe elektrische hersenstimulatie, kwam de toepassing van stereotactische hersenoperaties als behandelmethoden voor de ziekte van Parkinson in een stroomversnelling. Het voordeel van stimulatie boven tomie is dat hierbij geen echte beschadiging wordt gemaakt en dat stimulatie eventueel dubbelzijdig kan worden toegepast. Het nadeel is dat er blijvend een elektrode in de hersens aanwezig is en dat de stimulator met batterijen eens in de zoveel jaren vervangen moet worden.
Vanaf de jaren tachtig is ook onderzoek gedaan naar de mogelijkheid om met behulp van stereotactische techniek hersenweefsel te transplanteren als behandelmogelijkheid voor de ziekte van Parkinson.