La stimulation profonde du cerveau (DBS) implique d'implanter des électrodes stimulantes dans les cibles choisies du cerveau afin d'imiter les effets des lésions. Les chirurgiens ont commencé à employer la DBS au lieu des lésions pour des patients atteints de  la maladie de Parkinson durant le milieu des années 90. La DBS a également des applications contre le tremblement et la douleur. Considérant que la DBS a été employé pour traiter des milliers de personnes avec la maladie de Parkinson, le procédé a commencé à être appliquée aux dystonies il y a moins de 10 ans. On l'estime que juste 1.000 des patients atteints de dystonie ont été soignés avec la DBS.

La DBS produit un avantage significatif dans le traitement de la dystonie avec les améliorations moyennes environ de 50-60% dans l'échelle d'évaluation de Burke-Fahn-Marsden. On a rapporté que quelques patients atteint de dystonie primaire généralisée ont ressentit une amélioration allant jusqu'à 90%. La DBS a été également exécuté sur des personnes atteintes de dystonies secondaires, la dystonie cervicale, la dystonie segmentaire, et la dystonie myoclonique avec des résultats encouragant.

L'appareillage complet de la DBS inclut l'électrode de DBS, un fil reliant le système, et un générateur d'impulsion qui contient une batterie. La première méthode pour implanter DBS est identique à celle du pallidotomy et thalamotomy. Une fois que la cible de cerveau est tracée et identifié, au lieu de faire une lésion, le chirurgien place l'électrode de DBS dans la cible. Le fil et le générateur d'impulsion peuvent être implantés en même temps que l'électrode ou à une date ultérieure. Le générateur est implanté sous la clavicule, et le fil passe vers le haut du cou, derrière l'oreille, et est relié à l'électrode (le patient est sous l'anesthésie générale pour la présente partie du procédé). Le fil est relié à l'électrode, et les incisions sont fermées. La plupart des procédures de la DBS comportent l'implantation de deux générateurs et sont faites dans deux cabinets de consultation. Il est possible d'implanter les deux générateurs dans une chirurgie simple, et les centres chirurgicaux varient dans leur approche. Juste après l'opération, le patient peut temporairement reprendre des médicaments.

Une fois que le générateur est implanté, le patient doit attendre une semaine ou deux avant que les batteries soient déclenchées. Cette période d'attente est nécessaire pour permettre la diminution du gonflement qui se produit normalement avec la chirurgie. L'électrode de la DBS donne des impulsions électriques dans le cerveau utilisant la puissance produite par la batterie dans le générateur. Une série de visites à l'hôpital est exigée pour ajuster les impulsions selon les besoins de l'individu. Elle peut prendre plusieurs semaines ou mois pour réaliser des bons réglages. Le patient peut vérifier le statut du générateur en utilisant un dispositif qui ressemble à une télécommande de télévision. En utilisant ce dispositif, le patient peut déterminer si le générateur est en position "Marche/Arrêt", et peut retourner en arrière au cas où il s'arrêterait inopinément. (Certain phénomène tel que des champs magnétiques provoqués par des dispositifs de sécurité peuvent faire cesser temporairement le fonctionnement de la batterie.).

La durée prévue d'une batterie à une implusion typique est d'environ quatre ans. A une très haute implusion, la batterie peut être remplacée après une année et à une impulsion très basse elle peut durée jusqu'à sept ans. Le remplacement d'une batterie se fait sous anesthésie générale ou locale.

La Dystonie ne répond pas à la DBS de la même façon que d'autres troubles des mouvements. Par exemple, les personnes traitées pour des tremblements voient généralement des améliorations dans les premières secondes de mise en marche du générateur. Pour les patients présentant une dystonie, l'amélioration peut être retardée pendant des jours, des semaines ou des mois.La DBS n'élimine pas nécessairement la prise de traitements médicamentaux ou d'injection de toxine.

Les effets secondaires sont minimaux, mais aucun procédé n'est sans risques. Le risque principal dans la DBS est une hémorragie mortelle. Cependant 99-99.5% de patients n'ont pas de saignement significatif. En dépit des efforts vigoureux pour l'éviter, l'infection est un alléa secondaire dans approximativement 2% des patients. L'infection peut être sérieuse et justifier l'enlèvement du matériel. Si ceci se produit, ce peut être re-implanté une fois que l'infection est traitée. La panne du matériel est également un souci, bien que ce soit rare et des précautions sont mise en place en cas de situation tel qu'un manque de batterie. On l'estime que dans 5% des procédures de la DBS pour le traitement de la dystonie, une complication peut surgir.

Les résultats préliminaires sont tout à fait positifs, et on s'attend à ce que le procédé évolue avec le temps pendant que de plus en plus de patients sont soignés et que  plus de données sont rassemblées.