神经外科是北京三博脑科医院的特色医疗科室，拥有功能神经外科、颅底外科、脑血管外科、癫痫中心、胶质瘤中心、垂体瘤诊疗中心、脊髓脊柱中心、神经内镜微创治疗中心。现为首批卫生部全国神经外科医师培训基地、首都医科大学神经外科学院三系，北京市医保定点三级专科医疗机构。功能神经外科是神经外科的一个重要分支，主要手术治疗癫痫、帕金森、三叉神经痛、运动障碍性疾病、顽固性疼痛、面肌痉挛、精神障碍性等疾病。出诊专家有：栾国明教授、周健主任。颅底外科以治疗各类颅内肿瘤为主要特色，包括鞍区肿瘤、后颅窝肿瘤、小脑幕上肿瘤、脊髓肿瘤等疾病。首席专家于春江教授早年师从我国神经外科泰斗王忠诚院士，后远赴美国进行博士后研究，主要从事颅底显微外科解剖及脑缺血的基础和临床研究。回国后，组建了我国第一个颅底显微外科实验室，完成了十余种颅底手术入路的显微解剖学研究，是我国颅底外科最权威的专家。至今，已经完成各种颅内肿瘤手术7400余例，显微外科手术切除斜坡肿瘤近200例，肿瘤全切除率达87%，无1例死亡，达国际先进水平。出诊专家有：于春江教授、张宏伟主任。脑血管外科是以治疗脑血管病、动脉瘤、痉挛性斜颈等为特色的治疗团队。治疗范围包括颅内动脉瘤、脑动静脉畸形、海绵状血管瘤、烟雾病、自发性脑出血、颅咽管瘤等。首席专家石祥恩教授1989年即师从我国神经外科创始人王忠诚院士，是目前国内权威的脑血管外科专家。他在国内率先开展高流量血管搭桥治疗巨大或复杂颅内动脉瘤以及巨大型脑动静脉畸形栓塞后再手术切除，取得了良好的效果，填补了出血性脑血管病外科治疗的空白。他也是国内较早开展颈动脉内膜剥脱术和颅内外血管搭桥治疗缺血性脑卒中的专家。出诊专家有：石祥恩教授、张永力主任、周忠清主任。癫痫中心由国内着名的神经外科专家栾国明教授和神经内科专家刘兴洲教授主持，由神经内科、功能神经外科、神经电生理、神经心理、神经影像等多学科医务人员参与组成一个实力强大的癫痫专科医疗团队，完成门诊、神经电生理检查、药物治疗、复诊、术前评估、外科手术、术后康复等一系列专业的诊疗过程。胶质瘤中心是国内率先组织多个相关学科一起为胶质瘤患者提供先进、全面、个体化治疗的中心，由神经外科、神经电生理、神经影像学、神经心理与认知、神经肿瘤放射治疗与化疗、神经内镜辅助技术、神经分子病理专业等多学科的专家、医生团队组成，组建了国内第一个国际脑胶质瘤会诊中心，会诊中心由国际顶级的脑胶质瘤专家组成诊疗团队，患者在国内即可享受到欧美一流水平的脑胶质瘤诊疗技术。垂体瘤诊疗中心由垂体瘤不孕不育中心主任闫长祥教授联合北京协和医院、北京妇产医院、北京大学第三附属医院等多家医院，率先采用微创手术治疗为主，配合药物、生物及其它方法综合治疗女性、男性不孕不育，主要适用于垂体因素所造成的难治性不孕不育。闫长祥教授擅长治疗各种脑肿瘤，尤其对于垂体腺瘤、听神经瘤等。垂体腺瘤经蝶微创手术治疗经验丰富，手术全切率99%以上。巨大侵袭性垂体瘤的全切率高，内分泌方面治疗效果理想。术前、术后有妇产科及内分泌专科专家的协诊，促进了垂体瘤治疗整体水平的提高。对于垂体瘤导致不孕不育的治疗，闫长祥教授在全国率先进行了相关的探索，并依托北京三博脑研所在分子生物学角度进行了研究分析，对于高促卵泡激素（FSH）型垂体微腺瘤导致的内分泌紊乱、闭经、不孕不育的治疗取得了一定的进展，成功治疗近百余例患者，并取得了可喜的疗效。脊髓脊柱中心由我院留美博士后范涛主任采用显微手术结合脊柱内固定技术以全新的理念和先进技术全方位开展各种脊髓脊柱手术千余例包括：颅颈交界区肿瘤的显微手术及颅颈交界关节稳固技术；椎管内脊髓内肿瘤及椎旁脊椎原发和转移肿瘤的显微手术和脊柱稳固技术；寰枕畸形和脊髓空洞症的显微外科手术；腰椎皮毛窦、脊髓脊膜膨出、脊髓脊柱裂、骶管内肿瘤、脊髓栓系的显微外科手术；微创显微手术治疗退行性脊椎病、椎间盘突出和椎管内肿瘤切除及脊柱内固定技术；脊髓脊柱损伤感染脊髓炎的显微手术治疗等；手术技术和治疗效果堪比国内外领先水平。神经内镜微创治疗中心是近年发展起来的一项微创神经外科新技术，主要治疗脑积水、脑室内病变、颅内蛛网膜囊肿、垂体瘤、慢性硬膜下血肿、脊髓空洞症等疾病。出诊专家：宋明主任。