Le unità operative di oncologia  dell'Azienda Ospedaliero Universitaria Pisana sono due, una all'interno dello stabilimento di Santa Chiara, l'altra in quello di Cisanello. Sotto la direzione della Dott.ssa Antonella Romanini, sono specializzati nel trattamento di neoplasie solide. 

Il reparto di oncologia dell'Azienda Ospedaliero Universitaria Pisana sfrutta l'esperienza e le competenze dei singoli medici specialisti soprattutto nell'ambito di neoplasie dell'apparato gastro-intestinale, della mammella, del polmone, dell'apparato uro-genitale, del distretto testa-collo, di melanomi e sarcomi dei tessuti. 

L'unità di ematologia si occupa prevalentemente di pazienti con neoplasie ematologiche maligne come leucemia, linfomi, mielomi, ecc. o altre patologie come aplasie midollari che richiedono terapie intensive e trapianto di midollo osseo e cellule staminali. 

Oltre ad essere polo universitario e centro di ricerca, il reparto oncologia dell'Azienda Ospedaliero Universitaria Pisana collabora con alcune importanti istituzioni scientifiche internazionali.