Bij thalamotomie wordt in een bepaald deel van de linker of rechter thalamuskern een kleine beschadiging gemaakt door de punt van een stereotactische naald enkele tientallen seconden te verhitten. Er ontstaat dan rondom de punt een klein litteken van ongeveer een halve centimeter doorsnee.
Bij thalamusstimulatie wordt op dezelfde plaats in de thalamuskern een elektrode blijvend ingebracht en via onderhuidse draadjes verbonden met een stimulatorkastje dat op batterijen werkt en dat meestal onder de borstspier wordt geplaatst. Met behulp van een magneet kan de stimulator aan- en uitgeschakeld worden, en de frequentie en stroomsterkte kunnen worden aangepast door besturing vanuit een computerprogramma. Anders dan de betekenis van het woord doet vermoeden, wordt bij stimulatie de werking van de zenuwcellen in een klein gebied rond om de elektrode juist uitgeschakeld.
Thalamotomie en thalamusstimulatie kunnen worden toegepast voor de behandeling van ernstige (eenzijdige) tremor. Dit geldt zowel de tremor die kan voorkomen bij de ziekte van Parkinson als ook de tremor in het kader van erfelijke essentiële tremor. Overige parkinsonverschijnselen zoals traagheid en rigiditeit verbeteren niet of nauwelijks. Omdat de tremor bij Parkinson ook kan verbeteren na pallidotomie, pallidostimulatie of subthalamostimulatie en deze behandelingen ook verbetering geven van andere parkinsonverschijnselen, wordt thalamotomie steeds minder vaak toegepast.