Os pesquisadores do HCPA, em sua maioria, realizam as suas atividades em equipes multidisciplinares. Estas equipes frequentemente tem um foco prioritário em uma área ou temática específica e a maior parte de suas atividades ocorre nos centros de pesquisa clínica e experimental. Os centros contam com (a) áreas multiusuário, que são os laboratórios compartilhados abertos para toda a comunidade de pesquisadores da instituição, e (b) laboratórios temáticos, que são formados por grupos de pesquisa com foco em áreas específicas do conhecimento e alocados por períodos de cinco anos mediante avaliação em editais competitivos.

Estão alojados hoje nos Centros de Pesquisa Clínica e Experimental, respectivamente, 23 e 16 laboratórios temáticos de pesquisa. A partir de 2021, estarão ativos nas instalações da Diretoria de Pesquisa no Bloco C do HCPA, no Centro Integrado de Pesquisa, mais 15 novos núcleos temáticos.