국립암센터 부속병원은 양성자 치료기(사진) 등 첨단장비와 우수 의료진을 갖춘 암 치료의 메카다. 우리나라에서 많이 발생하는 암을 중심으로 10개의 질환별 진료센터(위암센터, 대장암센터, 폐암센터, 간암센터, 전립선암센터, 갑상선암센터, 유방암센터, 자궁암센터, 특수암센터, 소아암센터)와 5개의 기능별 진료센터(지원진료센터, 임상시험센터, 암예방검진센터, 양성자치료센터, 진단검사센터)를 운영하고 있다.
각 센터는 내과, 외과, 방사선종양학과 등 각 진료 분야의 전문가들이 동시에 협의해 환자에 대한 통일된 진료방침을 결정함으로써 전문성을 극대화하는 한편 환자에게 최고의 편의를 제공한다. 특히 새로운 진단·치료 기술이 실제 암환자 진료에 이용되도록 임상연구가 이뤄진다. 암예방 검진센터는 암 전문의가 직접 검진을 실시하며, 양전자단층촬영(PET/CT)를 비롯한 최신 첨단장비를 갖추고 이상 발견시 확진과 치료를 위해 해당 센터와 원스톱으로 진료가 연계된다.
국립암센터는 양성자치료기, 토모치료기, 세기조절방사선치료, 컴퓨터단층 모의치료기, 양전자단층촬영기, 다빈치 로봇수술 등 최첨단 의료장비를 구비했다. 특히 국내에서는 처음으로 양성자치료기를 도입·운영한 것을 계기로 국민에게 최고 수준의 암진료 서비스를 제공하고 있다.