手術過程
義大利醫學家卡納維洛曾在學術期刊《神經外科的國際》上發表論文，詳述移植手術的過程：首先，用於移植的頭部和身體將被冷卻到12攝氏度至15攝氏度左右，以減緩細胞死亡的速度。然後，患者和捐贈者的頸部將被同時切斷，大血管以人造血管連線。接著是切斷頸椎。這一過程必須在一小時內完成，因為一小時是人類大腦在沒有血液和氧氣的穩定流動下能夠存活的最長時間。下一環節是將患者的頭部與捐贈者的軀體相連線。而這一過程中，關鍵一環是將頸椎內緊湊的神經連線在一起。卡納維洛計畫用聚乙二醇（PEG）之類的塑膠把供體和受體機械結合起來。他從理論上說明，乾淨利落地切割和緊密融合可以使人體能夠自然地修復被切斷的神經。
縫上硬腦膜，根據在屍體上演練所確定的方法來穩定脊椎，連線氣管和食道，連線迷走神經和橫隔膜神經，連線肌肉組織，讓整形專家來縫合皮膚。
移植手術必須在1個小時之內完成，因為1個小時是人類大腦在沒有血液和氧氣供給情況下維持的最長時間。
一旦頭部重新連線後，受贈者的心臟就可以重新啟動。之後就把病人送入加護病房，等病人醒來後，送他/她去見心理醫生。
技術難點
頭部移植最大的技術障礙無疑是重新連線供體和受體的脊髓。批評者認為卡納維洛醫生的構想過於瘋狂，是“純粹的幻想”。但卡納維洛反駁稱，目前（2015年）的醫學技術足以支撐整台手術完成，而他需要做的就是把這些技術整合到一起。
切離
脊髓連線按照《新科學家》雜誌報導，第一例手術的供體來自一名腦死亡的患者。手術的關鍵是同時切斷供體和受體的頸部組織及脊椎，將他們的頭部和身體乾淨利落地切離。卡納維洛在文章中解釋稱，必須利用鋒利的手術刀切斷骨髓，並與其他身體“機械相連”。他進一步解釋道：“這種乾淨果斷的切割是骨髓融合的關鍵，它使得近端切斷的軸突能夠與遠端軸突融合在一起。”
連線
下一步是迅速將患者的頭部移植到供體的頸部，使用一種醫學“膠水”將脊椎連線到一起。接下來則要將二者的肌肉和血管縫合起來，手術完成後患者還要昏迷長達4個星期以便讓創口儘可能癒合。在這個過程中，醫生還會用弱電流刺激頸椎內的神經，強化頭部和身體的連線。
抗排異
一旦手術成功，患者將在理療的幫助下在一年內學會行走，並學著適應自己的新軀體，包括感受面部，甚至用原來的聲音說話。與此同時，醫生將使用強力的免疫抑制藥物，抑制新的身體對頭部的排斥反應。
研究進程
動物實驗
1970年，美國醫生曾成功地移植恆河猴頭部1970年，美國神經外科醫生羅伯特-懷特(RobertWhite)博士成功地將一隻恆河猴的頭部移植到另一隻猴子身體。
2001年美國醫師進行了另一項類似的手術，術後實驗猴子具有嗅覺，可以張開眼睛，品嘗食物，但由於未能連線它的脊髓，從而導致身體癱瘓，術後幾個小時便死亡。
2010年以來，先進的細胞和神經組織研究使脊髓連線成為可能，研究者認為這意味著移植人類頭部已不存在任何障礙。
美國凱斯—西部保留地大學和克利夫蘭診所的研究人員曾設法恢復了脊髓被切斷的大鼠的重要控制功能。這項手術把體溫降至儘可能低，誘使心臟停搏，然後儘可能重新連線，這項手術第一次恢復了神經系統的功能。6個月後，大鼠重新獲得膀胱控制功能，但它們再也沒有重獲行走的能力。
人體實驗
頭部移植2015年2月，據英國媒體報導，義大利都靈高級神經調節小組的神經外科專家塞爾吉奧卡·納維洛宣布，他將在兩年內進行世界第一例完整的人體頭部移植，將這一過去僅存於科幻小說和恐怖電影中的情節變為現實。如果這一先鋒性的移植手術成為現實，那么像史蒂芬·霍金這樣的病人都有可能獲得新生。
他認為，這一移植手術需要100名外科醫生持續進行36個小時，花費750萬英鎊。手術對象是那些因脊損傷或患有嚴重肌萎縮疾病而癱瘓的病人，如已故的“超人”扮演者克里斯多福·里夫和物理學家史蒂芬霍金。卡納維洛醫生表示，他將在2015年夏天的一次高等級醫學會議上宣布自己的頭部移植計畫—在2017年進行首例頭部移植手術。此外，卡納維洛擬好了一份備選患者名單，手術地點則傾向於英國倫敦。倫理爭議
圍繞頭部移植尚存在倫理爭議。卡納維洛醫生稱，當癱瘓患者別無他路時，頭部移植也許是唯一“稱得上道德”的選擇。但反對者稱，“即便手術獲得成功，那么獲得康復的患者到底是誰？從生物學角度考慮，新的軀體所生下的後代來自供體還是受體？”
此外，美國神經和矯形外科學院主席威廉馬修斯認為，對於頭部移植這一複雜手術來說，兩年時間過於倉促。“我贊同脊柱融合的醫學概念，頭部移植需要多領域配合，但我不認同卡納維洛醫生的時間表，”馬修斯說，“他（卡納維洛）認為萬事俱備，但在我看來還有很長的路要走。”
曾多次成功治療脊損傷患者的美國加州醫生哈里戈德史密斯則對頭部移植的構想持樂觀態度：“我不認為這永遠不會發生。”
