Культ европейской науки, широко распространившийся и укоренившийся среди госпитальных врачей в Петрова время, способствовал очищению медицины от нелепых и вредных способов лечения, которые до того времени «унижали медицину и ее занятия». Научный подход сыграл важную роль в разработке передовых методов диагностики, лечения и профилактики заболеваний. В госпитале работали известные ученые, заложившие фундамент отечественной морской медицины. Среди них: выдающийся специалист в области морской гигиены Д. П. Синопеус — автор первой в мире книги (1734), в которой было высказано предположение о том, что причиной цинги является неполноценное питание личного состава кораблей из-за недостаточного количества свежих продуктов и зелени; видный представитель русской терапии М. Я. Мудров — основатель санитарного просвещения, то есть методологии борьбы с медицинской неграмотностью людей; выдающийся эпидемиолог Д. С. Самойлович — единственный русский ученый, удостоенный звания члена 12 зарубежных академий и обществ, который участвовал в ликвидации 9 эпидемий чумы, доказав, что чума — «болезнь прилипчивая, но удобно обуздываемая и пресекаемая»; крупный гигиенист А. Г. Бахерахт — автор первого в России руководства по морской гигиене и первой в мире морской фармакопеи; хирург М. И. Шеина — основоположник русской медицинской терминологии, выполнивший оригинальные рисунки для анатомического атласа. В 40-х годах XIX века врачи госпиталя впервые в истории отечественной медицины стали использовать эфир и хлороформ для наркоза при проведении хирургических операций и для борьбы с осложнениями у больных холерой.
В 1858 году в Санкт-Петербурге было создано первое в России Общество морских врачей, все заседания которого происходили в госпитале. За период с 1862 по 1915 год врачи госпиталя опубликовали в Медицинских прибавлениях к журналу «Морской сборник» и в самом журнале более 80 научных работ по актуальным проблемам морской медицины. Председателем общества был известный морской врач В. С. Кудрин, разработавший для флота систему эвакуации раненых и больных с театра военных действий.
Традиции внедрения достижений медико-биологической науки в лечебную практику были продолжены и в наше время. В 70-х годах ХХ века на базе вновь созданного специального отделения госпиталя (С. И. Титков) под руководством известных ученых (А. К. Гуськова, Г. И. Алексеев, Е. Е. Гогин, Е. А. Жербин, И. Ф. Жильцов) осуществлялась специализированная медицинская помощь больным острой лучевой болезнью (от легких до крайне тяжелых форм), развивавшейся у личного состава подводных лодок в результате аварий ядерной энергетической установки. Это направление работ, получившее признание, выдвинуло госпиталь в ряд ведущих мировых центров в области радиационной медицины. Важный аспект работы госпиталя — тесное сотрудничество с кафедрой военно-морской хирурги ВМедА им. Кирова. Результатом такого сотрудничества следует считать новые системы подготовки военно-морских врачей по теоретическим и практическим вопросам хирургии в объеме, необходимом для решения задач офицерским составом медицинской службы надводных кораблей и подводных лодок в повседневных и боевых условиях.