负责支援研究院之外的生物医学研究，另一部分则负责直接由研究院指导的内部研究，大多是在位于马里兰州贝塞斯达的部门进行。国家卫生院由27个不同的生物医学学科和研究中心组成，负责许多科学成就，包括发现防止蛀牙的氟化物，使用锂来治疗双相情感障碍，以及创建针对肝炎，流感嗜血桿菌（HIB）和人乳头瘤病毒（HPV）的疫苗。
研究所和中心.美国国立卫生研究院总共设有27家研究所和研究中心，其中最早设立的是1937年建立的美国国家癌症研究所，另有美国国家医学图书馆等科研辅助机构。