Todos los pacientes CyberKnife® reciben una tomografía computarizada (TC) como base para la planificación del tratamiento, la ejecución del tratamiento y el seguimiento a tiempo real de la zona de tratamiento. A menudo se emplean modalidades adicionales de imágenes para ayudar a los médicos a mejorar la identificación del objetivo. En estos casos, un miembro del personal de física fusionará las imágenes obtenidas con resonancia magnética o imágenes PET con la TC inicial.

Después de que la zona de tratamiento haya sido delineada, el físico desarrolla un plan de tratamiento para entregar la dosis prescrita por el radioncólogo. Esto se logra utilizando un máximo de dos o tres cientos de haces de radiación de diámetro pequeño, desde muchas posiciones distintas hacia el paciente. Al ajustar las intensidades de cada haz de radiación, incluso al utilizar diferentes combinaciones de haces de radiación, el físico CyberKnife utiliza el sistema de planificación del tratamiento para dar forma a la distribución de dosis y asi cubrir precisamente la zona de tratamiento y reducir al mínimo daños a los órganos sanos y estructuras sensibles.

Un programa de garantía de calidad se mantiene gracias al personal de física para asegurar que el sistema CyberKnife mantenga la precisión sub-milimétrica. La compleja y particular combinación de los componentes del sistema, que incluyen el acelerador lineal, el robot, el sistema de diagnóstico por imagen y la cama de tratamiento, requiere de procedimientos de prueba altamente especializados que se realizan con intervalos de un día, una semana, mensuales y anuales.