北京天坛医院的神经外科和神经内科作为国家级重点学科，汇集了众多高级职称和高学历的专家团队。神经外科每年进行超过7000例高精度手术，技术世界领先，手术死亡率低，对皮肤病治疗和神经系统疾病治疗的皮肤科和神经内科也同样实力强大，是医学人才培养的重要基地，承担多项国家级科研项目。作为国家药物临床试验机构，天坛医院神经科积极推动卒中单元的标准化建设，对国内医疗领域产生了深远影响。
脑血管病血管内治疗中心在国内处于领先地位，尤其在颅内动脉狭窄支架手术的研究和急性脑血管病抢救方面建立了快速响应机制。医院设有癫痫、康复、神经变性病等特色诊疗中心，设有12个专业组和相关实验室，检验科规模庞大，提供300余项检测服务，包括临床检验和健康普查，是国际ISO 15189认证实验室，参与国际比较和科研项目，设备先进，支持个性化诊断和转化医学研究。此外，天坛医院还是首都医科大学的教学医院，对学生的实验诊断和临床免疫学教育有所贡献，具备应对生物灾害的应急能力。
检验科拥有近万人参与继续教育，是临床检验诊断学的博士、硕士培养基地，发表大量SCI论文并编纂多部医学著作，其在医疗、教育、科研和预防方面的成就使其在国内享有盛誉。
麻醉科自1982年起发展迅速，由知名教授领导，提供手术麻醉和疼痛诊疗服务，尤其在神经外科领域成果显著，是国际顶尖团队，举办多次国家级继续教育项目，推动学科进步。科室人员结构以高学历为主，科研成果丰富，包括国家级课题和多篇学术论文，培养研究生和博士后人才。
神经影像中心自1980年以来发展迅速，设备先进，学术成果累累。戴建平院长和高培毅教授等专家的研究，如针刺-fMRI和脑CT灌注技术，使得中心在脑血管疾病预防与早期诊断方面处于国际前沿。中心还与顶级公司合作，如MRI功能成像用于手术定位，分子影像学方面国内领先，能标记并观察神经干细胞迁移。
未来，神经影像中心将以功能/分子影像学、医学图像后处理/CAD、神经介入放射学和循证医学影像学为研究方向，专注于脑血管病、脑肿瘤及中枢神经系统介入放射学，致力于科研创新和高级人才培养。
首都医科大学附属北京天坛医院始建于 1956年8月23日，坐落在世界著名的天坛公园西南侧，是一所以神经科为重点的三级甲等医院。1997年由中国医学科学院与北京市卫生局共建成为中国医学科学院北京天坛医院和中国医学科学院神经科学研究所。北京市神经外科研究所、北京市医学影像中心和全国脑血管病防治研究办公室、北京市脑防办同设在院内。北京天坛医院和北京市神经外科研究所是世界三大神经外科研究中心之一、亚洲最大的神经外科临床、科研、教学基地和WHO在中国的神经科学培训合作中心。