上海市胸科医院擅长心血管内科、心血管外科、肿瘤内科、胸外科、急诊科。专科临床病种齐全、人才队伍完整、医教研全面发展，为疾病救治提供可靠基础和保障。
1、心血管内科
是上海最早的心血管内科专科，作为南方最大的心肺血管疾病专科医院，是国内为数不多的集“胸痛，房颤，心衰”三大中心于一身的学科之一。上海市胸科医院心血管内科擅长治疗各类心肺血管疾病，尤其各种疑难杂症。在冠心病，心律失常，心瓣膜和心脏血管结构异常，心肌疾病等领域均形成自己特色。
2、心血管外科
为国家重点学科，先后研制第一台国产鼓泡式人工心肺机、无缝塑料纤维人造血管及国产涤纶心脏修补材料，率先开展包括冠状动脉等大血管、心脏瓣膜、先天性心脏病、心脏移植及房颤等体外循环心内直视手术，近年来自主开展改良David术为国际首创，并保持该领域的传统优势。
3、肿瘤内科
在国内率先建立肺癌多学科诊治团队，开展精准医学指导下的个体化综合治疗。科室承担国家科技重大专项-重大新药创制课题。肿瘤科成功完成中国大陆第一例达芬奇机器人辅助下的肺癌肺叶切除术、胸腺瘤切除术等。目前肿瘤内科达芬奇手术水平保持全国第一。
4、胸外科
是国内最早建立胸外科的单位之一，是我国最早成立的一家以治疗胸部疾病为主的专科性医院，培养了全国一大批胸外科人才，是胸外科人才的培养摇篮。胸外科年手术量近万台，手术数量及手术难度都处于国际领先地位。
5、急诊科
科室是心胸专科急诊，以心、肺等胸部急症为主要收治对象。科室承担了上海市心胸相关危重病患者就诊工作，也承担了华东地区危重患者的救治任务，是上海市急危重患者的主要救治中心之一，也是应对突发公共卫生事件与灾难救援的主力军。