手术机器人是集医学、信息技术、运动控制学、图像处理技术、人工视觉等多学科于一体的研究成果。1999年获得欧洲联盟CE市场的认证，次年被美国食品和药物管理局正式批准并应用于临床，手术机器人正以全新的理念和优势逐步取代着传统的手术方式，成为外科微创时代的潮流。
达芬奇机器人是当前全球应用最为广泛的手术机器人，由外科医生控制台系统、床旁机械臂系统和成像系统三部分组成。手术时，主刀医生坐在位于无菌区外的外科医生控制台前，眼睛专注于立体目镜里的手术视野，医生通过手握控制器和脚踩脚踏板来控制手术器械和三维内窥镜，使其随着主控制器同步运动而完成手术操作。床旁机械臂系统由一个摄像臂和两个器械臂构成，它是达芬奇手术机器人的操作部件。这部分主要由位于无菌区内的助手医生为其更换器械和内窥镜来协助主刀医生完成手术。成像系统位于无菌区外，内装有达芬奇机器人的图像处理设备和核心处理器，可由巡回护士负责操作。内窥镜是成像系统中的重要一员，是可以提供高清三维立体影像的高分辨率镜头，它可以10倍以上地放大手术视野。总之，人机交互桌面的设计提供了眼-手协调操作，内置的麦克风保证了术中沟通，术中自然的坐姿操作降低了术者的疲劳，保证了长久手术的顺利进行。
达芬奇机器人起初主要应用于泌尿外科，如前列腺癌的根治、肾脏切除、膀胱切除、输精管吻合等。3D高清影像和具有七个能精确控制的机械臂突破了以往的2D成像和人手转动手术器械的局限性。尤其在深部操作和精细操作的手术中，达芬奇机器人的优势更为突出，如输尿管隧道的处理、各种组织的精细分离、周围淋巴结的清扫、精确的缝合等。传统的手术方式切口较大，术中、术后出血量多，容易引发并发症，达芬奇机器人可以明显降低这些风险的发生。目前，达芬奇机器人在前列腺癌根治术中的应用已被作为最佳的手术方式在临床中迅速推广使用。
在心胸外科手术，如肺叶切除术、食管癌切除、胸腺切除等手术中，达芬奇机器人的震颤滤过系统、动作缩减系统等使得在心胸这样狭小的范围内进行的外科手术更容易完成，淋巴结清扫更彻底。国内有学者先后对348例纵隔肿瘤切除术患者进行分组对比研究，发现达芬奇机器人手术的优势明显高于开腹手术，在手术安全性及术后恢复上均优于传统胸腔镜手术。此外，在肺部手术以及妇科肿瘤的狭窄盆腔手术区的精细缝合、分离、淋巴结清扫、内脏神经保留等复杂操作方面，达芬奇机器人也表现出了明显的优势。
虽然达芬奇机器人与传统腔镜手术相比具有诸多优势，但昂贵的费用一直是阻碍达芬奇机器人在普通外科手术中广泛推广的一个重要因素。一台达芬奇机器人手术一般需要10万元左右，但是在目前的医疗环境下，没有一个确切的达芬奇手术项目收费标准。限制达芬奇机器人在世界范围内普及的另一个重要原因是它缺乏触觉反馈，手术中触觉反馈的缺失会影响手术安全性和精准性。另外，设备大而笨重的体积、设备安全提示和培训等是达芬奇机器人正式投入使用前需要解决的一个重要问题。