神经外科是从技术发展中获益规模较大的外科领域之一。
很多重要的医学发现，如计算机断层扫描(CT),磁共振成像(MRI)和超声，就是为提高脑疾病患者诊断和治疗效果而专门研发的。
神经外科操作的结果往往与技术革新关系非常紧密。在脑外伤的情况下，是否立即使用可靠的仪器对患者进行全面的评估，其结果差距是非常大的。
不难想象，治疗脑外伤患者时遇到的主要问题是：患者进入急诊室时往往是不省人事的状态或很难讲述自己的临床病史，但此时需要尽快做出是否手术的决定，这对患者预后的情况至关重要。此类情况就需要一个诊断或治疗的仪器提供完整快速的评估。
从这个需求来看，年GodfreyHounsfield完成了对放射图像灰度的定义，被认为是脑外伤应急管理中最重要的进步。确实，他开辟了颅内3D重建的可能性，克服了传统超声检查的局限性。从年KarlTheodoreDussik的第一个描述开始，超声在医学上的应用主要在神经外科(脑室和肿瘤)。而超声的主要局限性则被认为是颅骨会吸收大量回声，影响了图像质量。
然而，第一台能够串行轴向扫描的CT机的问世经历了相当长的时间，之后，缩短扫描时间成为了研究的主要方向。引入螺旋CT(年)，逐步减少探测器的旋转时间(年，0.75秒)，最后，在年，引入了旋转时间只有0.5秒并且能够进行3D重建的多探测器扫描机。
在脑部的研究中，对于病变区域的局部定位是非常重要的，不同的脑部区域负责不同躯体特定区的功能。从这个角度来看，我们就比较容易理解为什么引入成像技术例如CT之后，我们能够更好的识别脑组织解剖学结构差异，而因此我们对更精确地定义脑组织代谢差异的渴望就更加强烈。于是，研究重点转向水分子及在水中更精确的检测解剖学标志和稀释在水中的离子的局部稳态。年，两名美国科学家FelixBloch和EdwardPurcell由于该项理论，获得了诺贝尔物理学奖。也正是基于该项理论，年，Numar公司制造了第一个MRI系统模型。
在这个系统中，带电电粒子的磁共振情况被记录和安置以获得更精确的脑组织成像及相关的代谢情况。该系统被立即考虑应用在研究病变组织边界，脑实质内血肿、缺血或是肿瘤方面。这反过来又促使CT扫描的进一步发展演变，逐步引入更精确的序列，并和MRI一起优化决策管理。计算机图像和后处理随后被应用于MRI和CT扫描以获得3D重建，这被证明是非常有效的，特别是在显示脑内动脉血管瘤或畸形方面。相反，在规划脑肿瘤切除的方案时，成像后计算机优化处理尤为有用。随着20世纪90年代初计算机图形学和神经导航技术的引入，最终引导了更精确的MRI研究，如SeijiOgawa在年发现的bold信号，这是MRI功能的基础，这使以更保守的方式切除肿瘤成为可能。
神经肿瘤学是神经外科的分科，其从创新技术中获益最大：第一次尝试PUMA机器人辅助脑部手术与脑肿瘤活检可以追溯到年。毫无疑问，显微外科技术在神经外科中的应用，如浮动显微镜(年，M.GaziYasargil的贡献)可以认为是整个神经外科领域历史上的转折点。
功能性神经外科的概念——在没有“可见”改变的情况下，根据其功能连接对特定区域进行治疗——这要取决于是否存在单独分离和准确描绘特定部位的技术。在立体定向神经外科的程序中，目标是根据其在空间中的坐标来描述的，这个实际上要比神经外科的其他分支发展的相对较早。立体定向神经外科的发展，是从年VictorHorsley和RobertH.Clarke发明的第一个三维动物实验“Cartesian”开始，并随之逐步推进。年，ErnestA.Spiegel和HenryT.Wycis，年LarsLeksell，二者同样都为技术的发展作出了突出贡献。年，RussellA.Brown发明了一种立体定向的装置，其基础是发现了用于颅内三维可视化的CT扫描仪。