W przypadku kwalifikacji do leczenia, jedną z dwóch opcji terapeutycznych jest mikroneurochirurgia. Jest to historycznie najstarsza metoda leczenia tętniaków naczyń mózgowych. Wymaga wykonania kraniotomii tj. operacji obejmującej zdjęcie i przywrócenie płata kostnego. Jest związana z większym ryzkiem leczenia niż metody wewnątrznaczyniowe, ale oferuje jednoetapowe, trwałe wyleczenie.

Metody neurochirurgiczne rozwijały się przez dziesiątki lat i obecnie oferują zarówno mniejsze otwarcia – dla mniej skomplikowanych przypadków, jak i zaawansowane metody rewaskularyzacji – dla bardziej wymagających tętniaków.

Wybór dostępu chirurgicznego (czyli drogi dostępu do tętniaka) zależy w głównej mierze od lokalizacji tętniaka, ale również od preferencji chirurga. Niektóre tętniaki można zoperować z różnych, równie dobrych dostępów neurochirurgicznych. Do tętniaków przedniej części koła Willisa (np. tętnica łącząca przednia, tętnica środkowa mózgu) klasycznym dostępem jest kraniotomia pterionalna. Wybór cięcia na skórze również jest uwarunkowany dostępem chirurgicznym i preferencjami chirurga. Obecnie coraz częściej dąży się do mniejszych nacięć wykonywanych we włosach, co pozwala na lepszy efekt kosmetyczny dzięki schowaniu blizny.

Główną zasadą leczenia chirurgicznego tętniaków jest założenie tytanowego klipsa na szyję tętniaka. W zależności od trudności przypadku, konieczne może być zużycie więcej niż jednego klipsa. Prawidłowo zaklipsowany tętniak jest wówczas wyłączony z krążenia i nie stanowi zagrożenia dla pacjenta. Klipsy zostają na naczyniu do końca życia i nie są przeciwskazaniem do wykonywania badania MR.

W przypadku mnogich tętniaków, w trakcie jednej operacji możliwe może być wyleczenie więcej niż jednego tętniaka. Dodatkowo, w przypadku koincydencji chorób (np. tętniaka i guza) operacja również może oferować jednoetapowe wyleczenie.