病理生理室是北京市神經外科研究所建所時組建的科室之一，成立于1960年，最初由生理學前輩劉曾復教授任顧問。本科室先后在王天佑、袁芳主任的帶領下，圍繞“中樞神經系統損傷與修復”展開了一系列的研究工作，承擔了國家“七五”、“八五”攻關任務，衛生部課題、國家及北京市自然基金等課題，研究領域涉及腦水腫及星形膠質細胞腫脹的分子機制、腦中風及神經保護策略、實驗性腦膠質瘤的建株及傳代和鑒定、難治性癲癇的分子機制和物理治療在神經系統中的應用及機制研究等。2014年獲批“北京市神經外科研究所缺血性腦血管病臨床前藥物研究開發平臺建設”。
      目前科室共有4人，其中正高職稱人員1人、副高職稱人員3人。已培養博士研究生2人，碩士研究生15人，博士后1人。