Han var turnuslege (LIS1) ved Fylkessjukehuset i Lærdal og i Nes i Hallingdal. I 1982–83 tjenestegjorde han som løytnant i saniteten i Sjøforsvaret. Maartmann-Moe ble i 1983 allmennlege og i 1992 spesialist i allmennmedisin. Maartmann-Moe arbeidet som allmennlege og fastlege på Grünerløkka i Oslo indre øst 1983–2012. I perioden 1996–2012 arbeidet han også som førsteamanuensis ved Institutt for allmenn- og samfunnsmedisin ved Universitetet i Oslo. I perioden 2012-2019 var han ansatt som seniorrådgiver i avdeling for kommunale helse- og omsorgstjenester i Helsedirektoratet.