การปลูกถ่ายหัวเป็นขั้นตอนที่หัวของเรื่องถูกตัดและวางไว้บนร่างกายอื่น ไม่ควรสับสนกับการปลูกถ่ายสมองซึ่งเป็นขั้นตอนสมมุติฐานที่สมองถูกถ่ายโอนจากกะโหลกศีรษะของบุคคลหนึ่งไปยังอีกบุคคลหนึ่ง ในฐานะที่เป็นส่วนแรกของศตวรรษที่ 21 การปลูกถ่ายอวัยวะแบบนี้ไม่เคยทำกับมนุษย์มาก่อน การปลูกถ่ายหัวหน้าสัตว์ในบางครั้งประสบความสำเร็จ
ความพยายามครั้งแรกในการปลูกถ่ายหัวสัตว์ในเดือนพฤษภาคม 2451 โดยชาร์ลส์ Guthrie แห่งสหรัฐอเมริกา กูทรีทาบหัวลูกสุนัขลงบนคอของสุนัขโตเต็มวัย หลอดเลือดแดงที่คอและหัวของลูกสุนัขถูกต่อกิ่งกับสุนัขผู้ใหญ่เพื่อให้เลือดไหลผ่านทั้งสองหัวได้สำเร็จ ในขณะที่มีการบันทึกการเคลื่อนไหวและการตอบสนองของหัวที่สองเวลาที่ผ่านไประหว่างการตัดศีรษะและการไหลเวียนกลับคืนของสมองมากเกินไปทำให้สมองของหัวที่สองทำงานได้อย่างถูกต้อง
อีกหลายครั้งการปลูกถ่ายหัวที่ประสบความสำเร็จมากขึ้นได้ถูกนำมาใช้กับสัตว์ในปีต่อ ๆ ไป ในช่วงต้นของทศวรรษ 1950 Vladimir Demikhov แห่งสหภาพโซเวียตได้พัฒนาวิธีการลดระยะเวลาที่หัวที่ถูกตัดขาดขาดออกซิเจนโดยใช้ "เครื่องเย็บหลอดเลือด" การทดลองที่ตามมารวมทั้งการปลูกถ่ายหัว สุนัขโดยนักวิทยาศาสตร์ในประเทศจีนในปี 2502 และการปลูกถ่ายหัวลิงที่ถกเถียงกันอย่างมากดำเนินการในปี 2506 โดยกลุ่มนักวิจัยในคลีฟแลนด์รัฐโอไฮโอ การปลูกถ่ายหัวนี้ค่อนข้างประสบความสำเร็จในการที่ลิงรักษาความรู้สึกของกลิ่นรสการได้ยินและการมองเห็น นอกจากนี้การปลูกถ่ายหัวหนูที่เกี่ยวข้องกับหนูก็เกิดขึ้นในญี่ปุ่นเช่นกัน
การปลูกถ่ายศีรษะมนุษย์จะต้องใช้เทคโนโลยีขั้นสูงซึ่งรวมถึงการทำให้สมองของศีรษะทุติยภูมิเย็นลงจนถึงจุดที่ระบบประสาททั้งหมดหยุดทำงาน นี่เป็นสิ่งจำเป็นเพื่อป้องกันการตายของเซลล์ประสาทในสมอง ความก้าวหน้าทางเทคโนโลยียังไม่สามารถทำการต่อกิ่งเส้นประสาทไขสันหลังออกได้สำเร็จ ดังนั้นเรื่องของการปลูกถ่ายศีรษะจะไม่ใช้แขนขาของร่างกายและจะเป็นอัมพาต มันได้รับการเสนอว่ากระบวนการผ่าตัดนี้อาจเป็นประโยชน์ต่อบุคคลที่กำลังทุกข์ทรมานจากความล้มเหลวของอวัยวะหลายอวัยวะและเป็นอัมพาตอยู่แล้วหรือต้องการใช้ชีวิตโดยไม่ต้องใช้แขนขา
