Η Διεύθυνση Ιατρικής Υπηρεσίας αποτελεί τον κεντρικό επιστημονικό και διοικητικό πυλώνα συντονισμού του ιατρικού έργου του Νοσοκομείου Παίδων «Η Αγία Σοφία». Έχει την ευθύνη για την εύρυθμη λειτουργία των Κλινικών και Τμημάτων, τη διασφάλιση της ποιότητας και της ασφάλειας των παρεχόμενων υπηρεσιών υγείας, καθώς και την εφαρμογή της εθνικής και ευρωπαϊκής νομοθεσίας που διέπει τη νοσοκομειακή περίθαλψη.

Στις αρμοδιότητές της περιλαμβάνονται ο επιστημονικός συντονισμός των ιατρικών δραστηριοτήτων, η εποπτεία της εκπαίδευσης και της συνεχιζόμενης κατάρτισης του ιατρικού προσωπικού, η προώθηση της έρευνας και της καινοτομίας, καθώς και η συμμετοχή στον στρατηγικό σχεδιασμό ανάπτυξης του Νοσοκομείου.