天津市环湖医院（天津市脑系科中心医院、天津市神经外科研究所）因毗邻天塔湖而得名。作为中国最大的神经科学专科医院，目前拥有1580张神经科病床（吉兆院区+天塔院区）。神经外科被评为国家临床重点专科，脑血管病综合诊疗是国家临床重点专科建设项目。医院涵盖四大核心学科群：神经外科、神经内科、头颈神经肿瘤科以及耳鼻咽喉头颈外科。
神经外科：
下设17个病区，包括脑血管病神经外科中心（含复合脑血管外科病区、神经血管介入病区）、头颈肿瘤中心（含胶质瘤、伽马刀和肿瘤综合病区）、内镜颅底中心（含鼻颅底和侧颅底病区）、功能神经外科中心（含功能神经疾病监测和癫痫病区）、神经重症与创伤中心、小儿神经外科及脊柱脊髓外科。年手术量超过10,000台。
神经外科目前常规开展颅脑创伤、颅脑肿瘤、颅底病变、脑血管病、神经脊柱疾病及功能神经外科疾病等多种手术。常规开展脑心同治手术和复合手术，并致力于开展各类复杂颅底病变和脑血管病的综合手术治疗，在颅底搭桥、深部搭桥及高流量搭桥手术治疗复杂颅内动脉瘤和颅底肿瘤方面位居国内领先，在后循环动脉瘤及后循环缺血搭桥手术方面居国内前列。
神经内科：
下设9个病区，细分为脑血管病、认知障碍、癫痫、运动障碍性疾病、神经感染与免疫、神经肌肉疾病、神经康复等亚专业方向。2005年在天津市率先开展卒中单元示范病房，2006年在全国率先开展认知障碍专病门诊，目前神经内科、神经康复科均获批天津市临床重点专科建设项目。单中心静脉溶栓和血管内治疗病例数量国内领先。近年来，门急诊一体化管理，神经内外科打破学科壁垒，组建脑血管病诊疗中心，实现全流程质量控制管理模式，明显提高诊疗效质量和效率，急危重症患者接诊量稳居全市第一。具备系统完善的痴呆数据库，在额颞叶痴呆和路易体痴呆大型队列研究方面居国内领先地位。神经康复科以中心化发展为契机，多学科联合门诊，在帕金森专病康复、前庭神经康复技术方面形成特色诊疗模式；同时与天津大学医工结合建立脑机接口试验病区，开设脑机接口康复门诊，给患者提供全方位、一站式服务。
