基礎医科学大部門は、分子細胞情報分野、染色体制御分野、遺伝子動態分野、脳神経発生・分化分野、神経ネットワーク分野、分子構造解析分野、遺伝子解析施設、再生基礎医科学寄付部門、幹細胞組織医工学（歯胚再生）寄付部門より構成されており、医科学研究所における基幹部門のうちの重要な部分を担っている。歴史的にみると基礎的なオリジナルな研究をする部門として位置付けられており、常に多様性とユニークな研究グループの集合体である。

本大部門からいくつかのプロジェクト研究が巣立ち発展して行き、現在のヒトゲノム解析センター、ヒト疾患モデル研究センターとなっている。

基礎医科学大部門を分類すると以下の様になる。基礎生命科学部門は遺伝子動態分野、染色体制御分野、分子細胞情報分野から構成され、脳神経科学部門は脳神経発生・分化分野と神経ネットワーク分野から構成される。寄付部門として幹細胞組織医工学部門と再生基礎医科学部門がある。共通部門としては、遺伝子解析施設と分子構造解析分野に併設された生体1分子イメージングユニットがあり、これらの共通部門では研究を進める一方で、技術開発も行い、設備も含めて医科学研究所全体にひらかれた共通部門として位置づけている。