胸腔外科為外科部之一次專科，本院胸腔外科於民國八十四年正式成立，主要從事胸部外傷病人之照顧、手術，包括氣胸、血胸、肋骨骨折、胸部挫傷等；並以手術治療腐蝕性上消化道傷害、肺癌、胸膿瘍、咳血、食道癌、功能性食道疾患、縱膈腔腫瘤、胃賁門癌 胸壁畸形…等疾病，其範圍涵蓋頸部、胸部及腹部。隨著醫學發展, 微創手術或低侵襲性手術成為本科之主要發展方向。目前每年施行手術案例約四百五十例，為臺灣胸腔外科醫師訓練醫院，也是雲嘉南地區可施行胸腔外科手術的主要醫院。近年來本科更引進微創型漏斗胸整形術之技術，避免傳統型漏斗胸整形術之大範圍創傷，利用內視鏡之技術完成胸骨整形，可大幅減少手術後恢復時間及疼痛。
胸腔外科最近的發展著重以微創手術或低侵襲性手術治療肺癌及肺癌的早期篩檢，並包含在早期肺癌病人實施輔助性化學治療。在微創性手術方面，除了一般的診斷性處置如縱膈腔鏡作為肺癌分期及組織切片方式外，更重視任何胸腔手術皆嘗試以胸腔鏡治療，如肺腫瘤切除、膿胸清除、縱膈腔腫瘤切除、食道切除、橫膈修補、氣胸治療等等，而且都目前具備有一定水準，讓臺南地區病患得到與其它醫學中心一樣的治療水平。其中低侵襲性的漏斗胸治療手術，更曾請益於美日先進，以美日的手術方式加以改良，使之更符合國內之健保情況及國內民眾的要求，目前執行成果居於中南部領先地位，並且無任何併發症之發生，病患滿意度百分百，使過去因傳統手術之複雜而被忽視之患者得到與世界同步的治療機會。