Trung tâm Huyết học Truyền máu thuộc Bệnh viện Bạch Mai có chức năng tổ chức thực hiện các nhiệm vụ về chuyên khoa Huyết học và Truyền máu như sau:Thực hiện khám, chữa bệnh, tham gia hội chẩn tư vấn chuyên môn về Huyết học và Truyền máu cho các chuyên ngành khác trong bệnh viện. Thực hiện xét nghiệm huyết học phục vụ toàn bệnh viện. Tổ chức lưu trữ, cung cấp máu an toàn cho toàn bệnh viện. Nghiên cứu khoa học, đào tạo và tham gia chỉ đạo tuyến của bệnh viện.

Trung Tâm Nhi Khoa là nơi khám và điều trị các bệnh chủ yếu về Nội Nhi cho trẻ em dưới 15 tuổi ở các tỉnh thành phố trên toàn quốc đặc biệt là các tỉnh thành phố phía Bắc; hiện nay đã bắt đầu triển khai Ngoại Nhi với sự kết hợp của Trung tâm Nhi khoa với các chuyên ngành ngoại khoa (tim mạch, phẫu thuật thần kinh, chấn thương chỉnh hình, ngoại tiêu hóa, phẫu thuật lồng ngực ...). Tiếp tục phát triển và triển khai can thiệp tim mạch trẻ em với sự hỗ trợ của Viện tim mạch.

Khoa Phẫu thuật Tiêu hóa – Gan mật tụy: khám, điều trị phẫu thuật bệnh lý ống tiêu hóa, hậu môn – trực tràng, gan mật – tụy, ổ bụng và một số bệnh đặc biệt như u tuyến thượng thận, u sau phúc mạc…. từ bệnh lý thông thường đến bệnh hiểm nghèo, phức tạp với đội ngũ phẫu thuật viên có kinh nghiệm được đào tạo bài bản trong và ngoài nước và đội ngũ điều dưỡng được tuyển chọn, khoa đã triển khai được nhiều kỹ thuật khó với tỷ lệ thành công cao.

Trung tâm là cơ sở Phục hồi chức năng duy nhất của Việt Nam hiện nay hoạt động chuyên môn theo nhóm kỹ thuật Phục hồi “Rehabilitation team” với đầy đủ các thành viên, đó là: Bác sỹ chuyên khoa Phục hồi chức năng, điều dưỡng Phục hồi chức năng, kỹ thuật viên Vật lý trị liệu, kỹ thuật viên Hoạt động trị liệu, kỹ thuật viên Chỉnh hình-chân tay giả, kỹ thuật viên Âm ngữ trị liệu. 

Trung tâm Thần kinh tự hào là đơn vị điều trị bệnh lý Thần kinh có quy mô lớn nhất Việt Nam. Với 231 giường điều trị nội trú, Trung tâm đã phát triển các đơn vị chuyên khoa sâu về Thần kinh

Trung tâm Thận tiết niệu và lọc máu - Bệnh viện Bạch Mai là chuyên khoa đầu ngành trong cả nước với nhiều hoạt động đa dạng trong khám chữa bệnh nội trú và ngoại trú, đào tạo chỉ đạo tuyến và hợp tác quốc tế.

Trung Tâm Tiêu Hoá - Gan Mật là nơi khám chữa bệnh chuyên khoa Tiêu hóa bao gồm khám chữa bệnh nội trú và ngoại trú.  Là cơ sở thực hành cho trường đại học Y Hà Nội và trường đại học Dược Hà Nội, trường Cao đẳng y Bạch Mai, trung cấp y An Khánh.

Trung Tâm Y Học Hạt Nhân & UB là nơi chẩn đoán và điều trị bệnh ung bướu: Kết hợp các phương pháp lâm sàng, cận lâm sàng chẩn đoán bệnh ung bướu; Điều trị bệnh ung thư bằng các phương pháp: Nội khoa, hoá chất, điều trị đích, miễn dịch, phẫu thuật và xạ trị...