同时，北京天坛医院坚持“创新驱动、人才优先、合作共赢”的新发展理念，把发展战略融入北京科技创新中心建设蓝图：一是贯彻落实国家改善医疗服务行动计划有关要求，引入智慧服务理念，充分应用人工智能、物联网、大数据、云计算等先进技术建设智慧型医院，更好地为患者提供优质、、高 效、便利的医疗服务。
北京天坛医院驱动生物医药新发展引擎，加强创新培育力度，扎实推进神经系统疾病领域的新药器械成果转化，如快速基因分型检测、胶质母细胞瘤新药绿原酸、高精度微创血管介入手术机器人，以及基于人工智能技术开发的全球MRI、CT神经影像人工智能辅助诊断产品、脑网络连接组学人工智能麻醉、临床晕厥诊断系统等方面取得积极进展，创新成效逐步显现。
作为重点学科，北京天坛医院神经外科每年平均开展各项高、精、尖手术7000余例，为大量的患者解除了病痛，挽救及延长了患者的生命。脑干占位病变、脊髓内肿瘤、脑血管疾病、颅底肿瘤、丘脑胶质瘤等手术治 疗居国际领 先地位。小儿颅内肿瘤、颅内肿瘤、脊柱脊髓肿瘤、垂体瘤的手术治 疗居国内接近国际先 进水平。在广泛开展显微神经外科手术的基础上，率先建立起了微创神经外科技术平台，其水平居国际领 先。导航手术、内窥镜辅助手术、立体定向及深部微电极刺激治 疗、癫痫的手术治 疗居国内接近国际先 进水平。脑肿瘤手术死亡率1.04%；脑干手术死亡率1.2%；动脉瘤死亡率1%以下。
欧洲科学院(又称欧洲人文和自然科学院，Academia Europaea)2021年度生命科学部院士增选，首都医科大学附属北京天坛医院张力伟教授当选欧洲科学院院士，成为中国神经外科领域获此殊荣的人。