Gli interventi neurochirurgici possono trarre vantaggio da metodiche neurofisiologiche che monitorano la funzione del sistema nervoso durante l'intervento, al fine di ridurre la probabilità che vengano danneggiate strutture la cui disfunzione determinerebbe disabilità permanente. Il monitoraggio intraoperatorio trae vantaggio dal principale punto di forza delle metodiche neurofisiologiche, cioè dalla capacità di misurare in tempo reale la funzione del sistema nervoso con una elevata risoluzione temporale. In parole povere, mentre per esempio una risonanza magnetica mostra la morfologia di una particolare parte di tessuto nervoso nel momento in cui viene fatto l'esame, le metodiche neurofisiologiche sono in grado di misurare la funzione di interi circuiti neurali in maniera continua, istante dopo istante, come se si guardasse un film. In questo modo, se durante l'intervento neurochirurgico viene a essere disturbata la funzione di un certo circuito, il monitoraggio è in grado di evidenziarlo nel giro di pochi secondi, evitando che esiti un danno permanente.
Le specifiche metodiche utilizzate dipendono da quale parte di tessuto nervoso viene interessato dall'intervento neurochirurgico. I potenziali evocati motori e sensitivi di solito vengono utilizzati sia per gli interventi sull'encefalo che sul midollo spinale. I potenziali evocati motori, a differenza di quelli svolti sul paziente sveglio, vengono effettuati non mediante stimolazione magnetica, bensì con stimolazione elettrica utilizzando degli elettrodi chiamati "corkscrew", che letteralmente si avvitano sullo scalpo a paziente anestetizzato. I potenziali evocati sensitivi invece si svolgono come nel paziente sveglio. In tutti i casi si preferisce usare sia per la stimolazione che per la registrazione elettrodi ad ago monopolari (sottili e della lunghezza di circa 2cm).
Per monitorare gli interventi sul midollo spinale possono essere utilizzate anche metodiche più sofisticate, come la "stimolazione dei cordoni posteriori", per cui vengono stimolate le vie sensitive direttamente a livello midollare soprattutto per identificare la linea mediana o rafe, che divide la metà destra e sinistra del midollo. Sul versante motorio è possibile registrare la cosiddetta "onda D", che consiste nella prima risposta ottonibile a livello midollare dopo stimolazione corticale delle vie motorie.
La registrazione elettromiografica dell'attività muscolare viene utilizzata per le risposte dei potenziali evocati motori, ma anche per registrare l'attività che può comparire quando il chirurgo tocca o stira un tronco nervoso che contiene fibre motorie. Si usano sempre aghi monopolari (non gli aghi concentrici che si utilizzano nello studio elettromiografico ad ago) posizionati a coppie in corrispondenza dei muscoli da studiare.
Per monitorare gli interventi sull'encefalo si utilizzano degli elettrodi posizionati su una striscia che viene appoggiata sulla corteccia cerebrale e permette di distinguere le aree motorie dalle aree sensitive; questa permette inoltre di registrare l'attività elettrica cerebrale (elettrocorticografia) per valutare lo stato di sedazione e soprattutto per evidenziare la comparsa di eventuali crisi epilettiche spontanee o indotte dalla stimolazione della corteccia cerebrale. Quest'ultima viene utilizzata per il mappaggio delle aree corticali del linguaggio a paziente sveglio (interventi in "awake"). Mediante stimolazioni elettriche della corteccia cerebrale mentre il paziente parla e svolge compiti mentali, la stimolazione permette di capire quali sono le aree principalmente responsabili del linguaggio e, se possibile, risparmiarle durante l'asportazione di lesioni (per esempio tumori cerebrali). È infatti possibile effettuare interventi neurochirurgici a paziente sveglio, infatti le strutture che generano il dolore a livello encefalico sono le meningi, mentre il tessuto encefalico non possiede recettori per il dolore: per questo, dopo la prima fase preparatoria, il paziente può essere risvegliato affinché collabori alla procedura di mappatura.