北京协和医院自19世纪30年代就开始进行胸科手术，经过多年发展，胸外科现有病床60张，专职医师21人，由李单青教授担任主任，近几年手术量年均已超1500例。科室有正教授4名，副教授6名，主治医师8名，住院医师3名，其中获得博士学位者15人，硕士学位者6人。 协和医院胸外科技术水平已达到北京市以及全国先进行列，普通胸外科技术已经普及，主治医师以上医师均能独立完成常见肺、食管、贲门癌切除和纵隔肿瘤摘除手术，手术合并症低于10%，住院死亡率低于1%；1990年由徐乐天主任率头“食管贲门癌外科治疗”获医科院科技进步三等奖；1995年由李泽坚主任带领全科室参与的血管外科工作“胸腹主动脉瘤的外科治疗”获医科院科技进步三等奖；1998年科室“协和医院食管恶性肿瘤的外科治疗”获北京协和医院科技进步二等奖；1999年8月，李泽坚主任带领全科室（和北京医院许贤豪并列）“重症肌无力泛化自身免疫的提出，易疲劳严重程度判定及临床免疫诊断新方法创立”获卫生部科技进步二等奖（证书号 99202102）。此外，胸外科还接受来自全国的疑难复杂病例的诊治，是国内担负处理难度大、风险高、病情复杂的胸外科之一。除了处理常见胸外科疾病以外，胸外科治疗重症肌无力、胸腺肿瘤手术居全国领先水平，治疗食管、贲门癌和支气管肺癌水平位于全国先进之列。 2006年至今，胸外科床位数增至60张，年手术量已超1200例，成功开展了一些高难度手术，如纵隔恶性肿瘤/罕见巨大肿瘤切除同期大血管置换术、肺叶袖式切除及支气管成形术、气管肿瘤切除术、高位食管癌切除 咽部吻合术、全隆突切除重建术、胸骨巨大肿瘤切除重建术等，取得良好的治疗效果。在新技术方面，近年来科内广泛开展了电视胸腔镜、纵隔镜等微创胸外科手术，VATS手术量累计达千余例。VATS除了处理较为简单的自发性气胸、肺活检外，还开展了较为复杂的手术，如胸腺瘤摘除术、纵隔肿瘤切除术、全腔镜肺叶切除淋巴结清扫术、全腔镜食管癌切除术等。2006年起纵隔镜的诊断和治疗工作也普遍开展，并取得良好的临床效果。胸外科与呼吸内科联合成立了肺部肿瘤胸外科实验室；目前在研的科研课题有：教育部科学研究重大项目“胸部肿瘤个体化综合诊治的转化医学研究”；吴阶平医学基金会“临床科研专项资助基金”；“北京协和医院青年基金”；北京协和医学院“青年教师项目”；教育部博士点优秀青年教师科研基金；国家医学考试中心一般项目科研基金；胸外科申请成功的“霍英东肺癌专项基金课题”有：《中晚期NSCLC个体化综合治疗的临床研究》；《肺癌病人血清蛋白质组构型与病理分期的关系》；《以EGFR信号通路为靶点的靶向治疗药物疗效预测研究》（胸外科、呼吸科联合课题）。与其他科室合作的研究项目有：《肺癌外科治疗中颈部淋巴结清扫重要性的临床研究》、《PET结合血清蛋白指纹分析鉴别诊断肺癌》。肺移植的前期研究及动物实验也已经开展。 2006年，胸外科一审通过了北京市专科医师培训基地的评审，目前是北京市首批专科医师培训基地；胸外科被卫生部评为第一批胸外科内镜诊疗技术培训基地；2006年，胸外科荣获中央高干保健先进集体称号；2007年2月“大气道恶性肿瘤致急性呼吸衰竭抢救成功” 获医科院北京协和医院医疗成果奖三等奖；2008年1月“上纵隔巨大恶性肿瘤侵犯大血管致上腔静脉梗阻综合征的诊疗处理”获医科院北京协和医院医疗成果奖二等奖；2008年9月10日获中国医学科学院北京协和医院科技进步奖；2009年12月“胸骨肿瘤切除胸廓重建术”获医科院北京协和医院医疗成果奖三等奖；2011年11月获卫生部医管司颁发的“恩德思杰出贡献奖”；2012度全科获 北京协和医院合理用血进步奖；2012年12月“微创技术在食管癌手术中的应用” 获北京协和医院医疗成果三等奖；2012年12月“榄香烯脂质体系列靶向抗癌天然药物产业化技术及其应用” 获中华人民共和国国务院颁发的“国家科学技术进步奖”二等奖；2012年12月 “核医学功能分子影像的技术研发与临床应用”获北京市人民政府颁发的“北京市科学技术奖”二等奖；2013年1月“核医学分子影像的技术创新与临床应用”获“高等学校科学研究优秀成果奖”二等奖。2004年出版了由徐乐天教授主编的《现代胸外科学》，2010年底出版了由徐乐天教授名誉主编、张志庸教授主编的《协和胸外科学》（即《现代胸外科学》第二版，内容及字数大幅增加）。