Deve ser reservado para casos específicos, principalmente aqueles que apresentam pouco ou nenhum benefício com os vários tipos de tratamento medicamentoso. Para o blefarospasmo, tem sido utilizada a miectomia que consiste na retirada de parte dos músculos ao redor das pálpebras. Em alguns casos de torcicolo espasmódico, tem sido tentada a rizotomia cervical, que consiste na lesão cirúrgica de parte das raízes nervosas que inervam os músculos do pescoço. Alguns pacientes com distonias dos membros ou com distonia generalizada podem beneficiar-se da talamotomia que consiste na lesão cirúrgica do tálamo, um núcleo situado na profundidade do cérebro.