达芬奇机器人手术系统以麻省理工学院(原名斯坦福研究学院)研发的机器人外科手术技术为基础。Intuitive Surgical随后与IBM、麻省理工学院和Heartport公司联手对该系统进行了进一步开发。FDA已经批准将达芬奇机器人手术系统用于成人和儿童的普通外科、胸外科、泌尿外科、妇产科、头颈外科以及心脏手术。达芬奇外科手术系统是一种高级机器人平台，其设计的理念是通过使用微创的方法，实施复杂的外科手术。
简单地说，达芬奇机器人就是高级的腹腔镜系统。大家可能对现在流行的微创治疗手段如：胸腔镜、腹腔镜、妇科腔镜等有所了解，达芬奇机器人进行手术操作的时候也需要机械臂穿过胸部、腹壁。
达芬奇机器人由三部分组成：外科医生控制台、床旁机械臂系统、成像系统。
主刀医生坐在控制台中，位于手术室无菌区之外，使用双手(通过操作两个主控制器)及脚(通过脚踏板)来控制器械和一个三维高清内窥镜。正如在立体目镜中看到的那样，手术器械尖端与外科医生的双手同步运动。
床旁机械臂系统(Patient Cart)是外科手术机器人的操作部件，其主要功能是为器械臂和摄像臂提供支撑。助手医生在无菌区内的床旁机械臂系统边工作，负责更换器械和内窥镜，协助主刀医生完成手术。为了确保患者安全，助手医生比主刀医生对于床旁机械臂系统的运动具有更高优先控制权。
成像系统(Video Cart)内装有外科手术机器人的核心处理器以及图象处理设备，在手术过程中位于无菌区外，可由巡回护士操作，并可放置各类辅助手术设备。外科手术机器人的内窥镜为高分辨率三维(3D)镜头，对手术视野具有10倍以上的放大倍数，能为主刀医生带来患者体腔内三维立体高清影像，使主刀医生较普通腹腔镜手术更能把握操作距离，更能辨认解剖结构，提升了手术精确度。
腹腔镜技术被越来越广泛地应用于泌尿外科手术，这一微创的手术方式适用于许多常规的泌尿外科手术，如肾切除、肾上腺切除、输尿管切开、膀胱肿瘤切除、前列腺肿瘤切除等。但由于泌尿系统解剖学上的特殊性，限制了腹腔镜技术的普及和推广，一些复杂的手术往往难以掌握，而且手术并发症发生率较高。目前国内的孙颖浩教授已经能很好的运用手术机器人独特的深部操作和精细操作的技术优势广泛应用于各种泌尿外科手术，包括前列腺癌根治、肾切除、肾盂成形、全膀胱切除、输精管吻合、输尿管成形、活体供肾切取等。其中，前列腺癌根治术是最能体现其技术优势的手术，手术机器人提供宽阔视野和准确、灵活的控制能力，能够清楚呈现组织、器官的解剖构造和神经血管束的走行，精细的分离有利于淋巴结的清扫，准确的缝合保证了吻合的高质量，手术中精确保留前列腺侧筋膜，有利于减少手术对患者性生活的影响，术后病理检查和随访都显示了良好的肿瘤切除效果。自2000年开展首例手术机器人前列腺癌根治性切除以来，该术式在国外得到迅速推广。
目前，在北欧国家超过一半以上的前列腺癌根治手术由手术机器人完成，而在美国，这一比例更是高达90%，已成为前列腺癌根治手术的“金标准”。
开放式心胸外科手术需要开胸，分离胸骨，游离肋骨，在体外循环下完成，手术创伤大，手术风险高，术后恢复时间长。胸腔镜已用于肺叶切除、冠脉搭桥等心胸外科手术，这种微创的手术方法不用开胸，仅需在肋间作几个小切口，就能完成手术操作，病人痛苦小，术后恢复快。但其适用范围有限，无法完成一些解剖结构复杂的手术，因而开展并不普及。手术机器人最早于1999年完成了首例冠状动脉旁路移植术，2003年起用于各种心脏外科直视手术。它在不破坏胸廓完整性的前提下，能精准地完成手术操作，而且适应证范围广泛，几乎涵盖所有的心胸外科手术，如心脏外科的全腔内心脏搭桥、心脏不停跳取乳内动脉、二尖瓣成型、二尖瓣置换、房间隔缺损修补、三尖瓣成型、心脏肿瘤切除，胸外科的肺叶切除术、食管癌切除、胸腺切除术和食管失弛缓症的治疗等。其中，全腔内心脏搭桥手术和二尖瓣成型手术是手术机器人在心胸外科开展的代表手术。临床应用表明手术机器人的手术安全性高，疗效明显好于开放式手术和胸腔镜手术。
以腹腔镜技术为代表的微创手术方式正逐步取代传统的开放式手术，应用于从卵巢囊肿开窗引流到全子宫切除、盆腔淋巴结清扫的各种妇科手术中。但是大部分的妇科手术需要在狭窄的盆腔内完成，手术操作的视野和空间都非常有限，这使腹腔镜器械的活动自由度受限，且操作的动作幅度不稳定，难以完成一些需要精细分离、缝合及淋巴结清扫的操作，限制了腹腔镜技术在复杂妇科手术中的应用。达芬奇手术机器人于2005年被美国FDA批准用于妇科微创手术，此后，该技术迅速普及。临床应用结果表明手术机器人手术具有更高的精确性、更好的操控性，能在骨盆中完成精细的操作，有利于功能的重建和盆腔淋巴结清扫。国外报道较多的是用于宫颈癌根治手术，该手术需要运用精确的分离技术进行韧带切断、输尿管游离、淋巴结清扫等，可以充分发挥手术机器人的技术优势，达到理想的手术效果。对于需要进行比较复杂缝合技术的手术，如复杂的子宫肌瘤切除术，运用手术机器人灵巧的手术臂高质量地完成缝合，有助于减少术后并发症的发生。此外，报道的手术机器人手术还有全子宫切除、输卵管再通吻合、卵巢切除和盆底重建等。
早期手术机器人主要用于腹部外科，开展了一些比较简单的手术，但并没有表现出比腹腔镜手术更明显的优势，因而未推广应用。近年来，随着手术机器人在其它外科领域的成功开展，其在腹部外科的应用和研究又重新活跃，迅速开展了各种手术。根据其对第二代腹腔镜手术的影响程度，可将手术机器人腹部外科手术分为三类：①对常规开展的腹腔镜手术基本没有影响的机器人手术，例如机器人胆囊切除、抗反流的胃底折叠、疝修补、阑尾切除、可调节捆扎带胃减容和良性胃肠肿瘤的切除等。②可显著提高腹腔镜手术效果的机器人手术，范围比较广泛，包括机器人肝叶切除、复杂胆道重建、胃旁路减重、胃癌根治、结直肠癌根治、胰腺部分切除和胰十二指肠切除等。③目前在腹腔镜下难以完成，唯有手术机器人能精准完成的一些手术，例如内脏动脉瘤切除吻合、细口径的胆管空场吻合、复杂的腹腔内淋巴结清扫等。
达芬奇手术机器人的具体优势可以从两个方面说起：
第一：从患者角度：
(1)手术操作更精确，与腹腔镜(二维视觉)相比，因三维视觉可放大10-15倍，使手术精确度大大增加，术后恢复快，愈合好。
(2)曲线较腹腔镜短。
(3)创伤更小使微创手术指征更广;减少术后疼痛;缩短住院时间;减少失血量;减少术中的组织创伤和炎性反应导致的术后粘连;增加美容效果;更快投入工作。
第二，从医生角度：
达芬奇手术机器人增加视野角度;减少手部颤动，机器人“内腕”较腹腔镜更为灵活，能以不同角度在靶器官周围操作;较人手小，能够在有限狭窄空间工作;使术者在轻松工作环境工作，减少疲劳更集中精力;减少参加手术人员。
医生有利之处归根到底还是为患者。例如，机器人提高精确度，便能节省出手术时间从而减少术者疲劳，这样可以进一步防止术者手部颤动使术者精力更集中，使手术更完美。
