在肺癌治疗领域， 二十世纪六十年代末即开展肺部肿瘤的诊断与治疗，是国内较早开展肺癌临床治疗与基础研究的单位之一，也是较早开展肺癌多学科综合治疗的单位之一。通过手术、化疗、放疗、热疗及基因治疗等手段和方法，目前在肺癌治疗的有效率和长期生存率等方面均达到国内先进水平，在运用电视胸腔镜微创手术治疗肺癌及个体化药物治疗研究领域还获得了上海市科委重大攻关计划的支持。同时，紧跟世界先进水平，积极开展对肺癌的生物靶向治疗的基础研究和临床应用。作为国家肺部肿瘤药物临床药理研究基地，大量的抗肿瘤药物临床试验在这里开展，使许多患者能够及时得到最新研制出来药物的治疗。目前，上海市肺科医院为同济大学医学院肿瘤研究所所长单位。
除肺部肿瘤诊疗和研究外，医院在包括间质性肺疾病、结节病、难治性哮喘、慢性阻塞性肺疾病、下呼吸道难治性感染、肺栓塞等疑难肺部疾病的临床诊治和研究方面也位居国内先进水平。同时，作为国内最早的结核病预防、治疗和研究机构，已有70 余年的丰富诊疗经验，也是国家的领先学科，拥有一批本市乃至全国的知名专家，在结核病的诊断治疗方面，尤其是难治性肺结核病和耐多药结核诊治领域，处于国内先进水平。
作为本市唯一一家具有尘肺病诊断资质的三级甲等医院，在职业病诊断鉴定、治疗抢救、鉴别诊断、职业病致残程度医疗检查、职业性健康监护等方面走在全国的前列，已成为上海职业尘肺核化学中毒诊断治疗的权威性机构。同时，医院还是上海市核辐射和化学中毒救治中心，承担本市该类公共卫生突发事件的现场指导和抢救任务。
在完成大量医疗任务的同时，医院还承担着繁重的科研与教学工作。七十多年来，医院分别获得过数十项国家级、省部级和局级各类科研成果和进步奖项。2006至2007年，医院又分别获得教育部高等学校科技进步二等奖、上海市科技进步二等奖、上海市临床医疗成果二等奖和上海市医学科技三等奖等多项科研奖项;分别获得国家863攻关项目、国家自然科学基金项目及多项市级医院新兴前沿技术联合攻关项目和市级医院适宜技术联合开发推广项目;分别获得30多项市、局级科研课题。
医院在1959年就被国家卫生部指定为全国肺科和胸外科进修基地，每年接受近百名来自全国各地医师的进修和培训。同时，每年还举办10多项国家级继续教育项目。作为同济大学附属医院，每年还承担着本科生和研究生的带教和授课工作。
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