Trendul crescător, majoritar, al bolilor oncologice au direcționat chirurgia toracică spre chirurgie oncologică, ceea ce face ca procedurile de diagnosticare să cuprindă cunoștințe despre radiologie, medicină nucleară, medicină internă și pneumologie, iar succesul operativ să depindă de indicația, alegerea tehnicii chirurgicale și noile terapii multimodale. Multe intervenții sunt soluționate prin chirurgia toracică laparoscopică sau video-asistata (VATS) sau tehnici endoscopice, iar în ultimul timp cu ajutorul chirurgiei robotice de ultimă generație da Vinci Xi.
Unele dintre cele mai frecvente afecțiuni sunt cancerul pulmonar, cancerul esofagian, hernia hiatus (reflux esofagian), boala metastatică a plămânilor și boala pulmonară în stadiu terminal de orice cauză. Alte afecțiuni tratate prin chirurgie toracică sunt tumorile mediastinale, miastenia gravis, timomul, hiperhidroza, acalazia, stricturile traheale și tumorile peretelui toracic (cum ar fi sarcoamele sau tumorile tesutului conjunctiv), esofagul lui Barrett, bronsiectaziile, emfizemul/boala buloasă, acalazia herniei hiatale, boală pulmonară interstițială (ILD), leziunile pulmonare, limfomul (diagnostic), mezoteliomul, nodul pulmonar, boala de reflux, herniile de stomac și piept, stenoza traheală, timomul, malacia traheobronșică, sindromul de evacuare toracică.