Khi còn học trường Y khoa và Dược khoa Đông Dương (1935-1939), Tôn Thất Tùng đã đúc rút ra được nhiều kiến thức cần thiết cho nghề nghiệp. Ông thấy rằng “Quan sát là cơ bản của khoa học”. Chính bởi thế ông từng nói: “Có thể nói rằng những người thầy tốt nhất của tôi là những y tá ở Phủ Doãn, và các bệnh nhân ở đấy”.

Cũng chính nhờ việc không ngừng quan sát, học hỏi, mà bác sĩ Tôn Thất Tùng khám phá những điều mà những người đi trước chưa làm được hoặc bỏ qua. Ông từng kể, có lần ở viện mổ xác, ông phát hiện ra một hiện tượng rất kỳ lạ; hàng chục con giun đã chui vào các đường mật ở trong gan, dùng một cái nạo xương gọi là kuya-rét (curette), ông đã phẫu tích rõ ràng cơ cấu trong gan; một việc chưa bao giờ thấy trong các sách lúc bấy giờ.

Trong khi ông thầy Huard thì cho rằng việc ấy hiếm thấy ở chỗ “hiếm có thấy giun chui nhiều thế này vào trong gan”, thì ông lại nghĩ khác. Ông thấy lạ ở chỗ là "tôi đã phẫu tích tất cả các đường mật trong gan, một điều mà chưa ai làm được”.

Tôi đã phẫu tích tất cả các đường mật trong gan, một điều mà chưa ai làm được.

----------- Giáo sư Tôn Thất Tùng -----------

Việc này, đã thay đổi lớn lao cuộc đời khoa học của ông. Ông cũng nhận thấy “cách đặt vấn đề có thể đưa khoa học vào hai đường khác nhau”. Đồng thời, để có thể tham khảo được các tài liệu, qua đó bổ túc kiến thức ngành nghề, thì “trước hết phải biết các ngoại ngữ”. Nhờ đó ông thấy tài liệu y học của Pháp tỏ ra tự mãn với thành tựu, trong khi tài liệu Anh, Mỹ thì luôn đặt các vấn đề, từ đó mà mở ra cho ông những chân trời của sự tưởng tượng.

Không chỉ hiểu biết về y học, ông còn thấy rõ tầm quan trọng của khoa học liên ngành, vì công trình của người này đều có thể giúp cho người kia, “Vì vậy ta nên coi trọng sự hợp tác quốc tế trong nghiên cứu khoa học”. Và trong khi nghiên cứu, thì nhận định về một điểm nhỏ “có khi có tính quyết định đến giá trị của toàn bộ một công trình”.

Mối quan tâm của Giáo sư Tôn Thất Tùng tập trung nhiều vào gan, và dần dần, ông có những phát hiện mới trong lĩnh vực này. Thời gian 1935-1939, ông đã mổ hơn 200 lá gan người chết, và phẫu tích tất cả các gan ấy, đối chiếu để tìm những nét chung. Chính bởi thế ông đã có một kỹ thuật đặc biệt, đó là chỉ trong 15 phút, ông đã có thể phơi trần tất cả các mạch máu trong gan. Ông từng chia sẻ: “Nhờ cách làm việc như vậy sau này tôi có thể cắt gan, không kể bộ phận nào của nó, chỉ không đầy 10 phút”.

Năm 1940, ông bảo vệ thành công luận án Tiến sĩ y khoa tại Pháp (một điều rất hiếm có lúc bấy giờ đối với người Việt). Ít lâu sau đó, ông cùng với Giáo sư Mayer-May (một Giáo sư người Pháp gốc Do Thái làm việc tại Hà Nội vào thời điểm đó) trình bày bản Báo cáo về trường hợp cắt gan “có quy phạm” đầu tiên tại Viện Hàn lâm Phẫu thuật Paris.

Giáo sư Tôn Thất Tùng có may mắn được gặp Bác Hồ lần đầu tiên trong những ngày sôi động của Tổng khởi nghĩa tháng Tám năm 1945 ở Hà Nội. Trong những ngày súng nổ ấy, ông cùng với các anh em khác tham gia cướp chính quyền của Pháp ở Bệnh viện Phủ Doãn (nay là Bệnh viện Việt - Đức), tham gia cứu chữa cho các đồng bào, đồng chí ở Hà Nội, Hà Đông,… Một lần, trong những ngày đầu tháng 9/1945 ông được gọi gấp đến Bắc Bộ phủ để chữa bệnh cho một đồng chí mà ông chưa biết là ai, khi gặp ông mới biết đó là Chủ tịch Hồ Chí Minh. Sau này ông viết lại: “Bước vào phòng, tôi gặp một ông già gầy xanh, nhưng có đôi mắt rất sáng. Đó là Bác Hồ kính yêu của chúng ta. Và từ cuộc gặp gỡ đầu tiên đó, tâm hồn tôi đã chuyển biến theo cách mạng, dưới ánh sáng của đôi mắt Bác Hồ” .

Trong một lần sắp đi nước ngoài công tác, Bác Hồ dặn ông: “Cái gì lợi cho nước thì làm, cái gì không lợi thì không được làm” . Ông luôn khắc ghi lời Bác dặn và làm theo những lời căn dặn ngắn gọn nhưng đầy sự tin tưởng đó, mang hình ảnh của Việt Nam đến với bạn bè quốc tế một cách thân thiện, luôn thể hiện rằng nhân dân Việt Nam yêu chuộng hòa bình và mong muốn được hợp tác với các nước.

Đến cuối những năm 1970, trong những chuyến đi công tác ở Pháp, Mỹ,… ông luôn tâm niệm rằng những thành công của mình là do có một động lực thiêng liêng từ những lời căn dặn ân tình đó: cái gì có lợi cho nước thì làm. Bác Hồ và những lời dạy của Người trở thành một động lực thúc đẩy cho những nhiệm vụ mà ông hướng tới, và luôn cố gắng không mệt mỏi để hoàn thành.

Những năm sau đó, ông tham gia kháng chiến chống Pháp, hoàn cảnh ở chiến khu với những bộn bề thời chiến nên không có điều kiện và phương tiện để ông tiếp tục những nghiên cứu của mình. Nhưng ngay sau khi về Hà Nội (1954), ông đã hăm hở bắt tay vào chứng minh và tiếp tục công trình nghiên cứu được khởi đầu từ gần 20 năm về trước. Trong những cuốn sổ ghi chép lưu lại bút tích của Giáo sư Tôn Thất Tùng đều thấy, trong quá trình nghiên cứu cấu tạo của gan, ông dùng nhiều loại bút mực khác nhau để vẽ lại hình ảnh những chiếc gan.

Năm 1962, ông công bố phương pháp “cắt gan có kiểm soát” – tức cắt gan khô, giúp hạn chế chảy máu, rút ngắn thời gian phẫu thuật. Trước đó, cắt gan là một phẫu thuật cực kỳ nguy hiểm, có tỷ lệ tử vong cao do mất máu. Nên công trình này của Giáo sư Tôn Thất Tùng được đánh giá là công trình y học mang tầm vóc quốc tế, được ghi nhận trong các tài liệu ngoại khoa thế giới và vẫn còn ứng dụng đến ngày nay.

Năm 1961, tại Bệnh viện Việt-Đức, Giáo sư Tôn Thất Tùng thực hiện ca phẫu thuật cắt thùy gan phải của một người bị bệnh ung thư chỉ mất có 6 phút. Năm 1962, ông tiến hành thêm 50 trường hợp khác và đã gây một tiếng vang lớn trên toàn thế giới trong lĩnh vực Y khoa. Báo chí nước ngoài gọi đó là "Phương pháp cắt gan mới" (sau này còn được gọi là Phương pháp “Tôn Thất Tùng”). Năm 1977, Giáo sư Tôn Thất Tùng được Viện Hàn lâm Phẫu thuật Paris tặng Huy chương Lannelongue - Huy chương chỉ tặng 5 năm một lần cho người phẫu thuật giỏi nhất.

Năm 1961, tại Bệnh viện Việt-Đức, Giáo sư Tôn Thất Tùng thực hiện ca phẫu thuật cắt thùy gan phải của một người bị bệnh ung thư chỉ mất có 6 phút.

Với những thành công trong nghiên cứu của mình, Giáo sư Tôn Thất Tùng được nhiều đồng nghiệp trong giới y học trên thế giới biết đến, họ viết thư trao đổi thông tin, tài liệu. Ông cũng đã đến nhiều nước để trình bày về phương pháp này và biểu diễn phẫu thuật gan trước sự chứng kiến của nhiều nhà khoa học. Janasson - một nữ giáo sư người Mỹ khi chứng kiến ông mổ đã phải thốt lên rằng: “Anh thật là một nghệ sĩ về mổ xẻ”.

Từ cuối những năm 60 của thế kỷ trước, khi Mỹ bắt đầu sử dụng chất diệt cỏ để ném xuống những cánh rừng miền Nam, Giáo sư Tôn Thất Tùng đã nhận biết và dành mối quan tâm lớn cho vấn đề này. Thông qua những đồng nghiệp, học trò chiến đấu ở miền Nam, ông đã nghiên cứu hàng trăm trường hợp bị ảnh hưởng với chất độc tai hại này. Những nghiên cứu thông qua các trường hợp bệnh nhân và mẫu vật được gửi từ miền Nam ra càng khẳng định những nhận định khoa học của ông là đúng đắn. Những người đã giúp ông và sau này tiếp tục sự nghiệp đó có thể kể đến Giáo sư Lê Cao Đài, Giáo sư Hoàng Đình Cầu, Giáo sư Võ Quý.

Có thể nói, một trong những mối quan tâm lớn nhất cuộc đời của Giáo sư Tôn Thất Tùng trong những năm cuối đời đó chính là vấn đề dioxin và đấu tranh công lý yêu cầu Mỹ và các nước phương Tây phải có trách nhiệm với người Việt Nam. Trong những chuyến công tác tại Tây Âu, Mỹ, ông đều dành một thời lượng nhất định để đề cập đến vấn đề này với các nhà khoa học, thậm chí với giọng điệu rất đanh thép.

Một trong những mối quan tâm lớn nhất cuộc đời của Giáo sư Tôn Thất Tùng trong những năm cuối đời đó chính là vấn đề dioxin và đấu tranh công lý yêu cầu Mỹ và các nước phương Tây phải có trách nhiệm với người Việt Nam.

Tháng 10/1981, Giáo sư Tôn Thất Tùng nhận được điện thoại trực tiếp của Thủ tướng Phạm Văn Đồng, yêu cầu ông xem lại các phim tư liệu của Nhật Bản nói đến tác hại của chất diệt cỏ trong chiến tranh ở Việt Nam, rồi viết một bản báo cáo gửi lại cho Thủ tướng và nói rõ các nhận định của bản thân về nội dung phim. Ngày 25/10/1981, Giáo sư Tôn Thất Tùng đã gửi tới Thủ tướng Phạm Văn Đồng một bản báo cáo, trong đó nội dung được nhắc đến nhiều nhất là các vấn đề về dioxin ở Việt Nam.

Trong bản báo cáo gửi tới Thủ tướng Phạm Văn Đồng, Giáo sư Tôn Thất Tùng bày tỏ hai dòng cảm tưởng “vui và tủi, vui rất nhiều nhưng tủi cũng mênh mông”. Trước hết, vui vì đất nước ta đã trải qua một cuộc chiến tranh khốc liệt, tương tự một cuộc chiến tranh nguyên tử về số lượng bom đạn và sức tàn phá của nó. Ở Việt Nam, trong suốt cuộc chiến kéo dài hơn 20 năm với 8 năm sử dụng vũ khí hóa học, Mỹ đã hủy diệt môi trường, đất đai, hệ sinh thái mà mức độ của nó cho đến bây giờ cũng khó có thể đánh giá hết được. Đó là chưa kể đến hậu quả trực tiếp đến con người, gây nên những bệnh hiểm nghèo qua nhiều thế hệ.

Nhưng, Việt Nam đã vượt qua tất cả bằng truyền thống, bằng tinh thần đoàn kết triệu người như một để làm cuộc giải phóng dân tộc thần kỳ. Giáo sư Tôn Thất Tùng nhấn mạnh: “Chúng ta đã thắng Mỹ không phải chỉ về quân sự mà còn cả về khoa học nữa, tuy chúng ta ở trong một tình thế khoa học vô cùng lạc hậu về cơ sở và hiểu biết. Chúng ta đã nói trước các nhà khoa học thế giới (mười năm trước) những tai hại và thảm họa mà chiến tranh diệt cỏ sẽ dành cho nhân dân ta và chỉ 10 năm sau các nhà khoa học Âu Mỹ mới tìm thấy lại” (Trích "Bản báo cáo gửi Thủ tướng Phạm Văn Đồng", 10/1981, tr.2, Tài liệu lưu trữ tại Trung tâm Di sản các nhà khoa học Việt Nam).

Bản báo cáo đã cho chúng ta biết thêm những thông tin về quá trình mà Giáo sư Tôn Thất Tùng đã theo đuổi để chứng minh về thảm họa dioxin từ năm 1969 đến năm 1981. Đó là cuộc đấu tranh mà, thời kỳ đó, ông luôn nhận được chia sẻ của Thủ tướng Phạm Văn Đồng.

Chưa có một tai họa bi thảm nào như tai họa này đang chờ đợi dân tộc Việt Nam, trừ chiến tranh nguyên tử.

-------- Giáo sư Tôn Thất Tùng ---------

Năm 1996, ông được truy tặng Giải thưởng Hồ Chí Minh đợt I về khoa học và công nghệ – một trong những vinh dự cao nhất của Nhà nước Việt Nam.  Tên ông được đặt cho nhiều đường phố, bệnh viện, trường học trên cả nước.

Giáo sư Tôn Thất Tùng nhấn mạnh ảnh hưởng của chất diệt cỏ tới các thế hệ tương lai của dân tộc về các mặt: Thần kinh học, phôi thai học, di truyền học và bệnh lý thần kinh. Ông dẫn ra kết quả nghiên cứu của trường Đại học Monash, Autralia năm 1981: các trứng gà nhiễm dioxin làm thay đổi thái độ và hoạt động của gà con sau khi nở. Ông đề xuất trong báo cáo: “Nghiên cứu về tinh thần và tâm lý các thế hệ trẻ ở miền nam hay các quân nhân, cán bộ ta đã nằm ở các vùng bị ô nhiễm là rất cần. Các thương tổn trên phôi thai xúc phạm đặc biệt đến tủy sống và não….” (Trích "Bản báo cáo gửi Thủ tướng Phạm Văn Đồng", 10/1981, tr.2, Tài liệu lưu trữ tại Trung tâm Di sản các nhà khoa học Việt Nam).

Trong cuộc đấu tranh vạch trần thảm họa dioxin ở Việt Nam mà Giáo sư Tôn Thất Tùng là một người đi tiên phong, ông đã gặp phải muôn vàn những khó khăn, trở ngại cả ở trong nước và quốc tế.

Chính thực trạng nghiên cứu về vấn đề dioxin làm Giáo sư Tôn Thất Tùng thực sự lo lắng đồng thời đưa ra kiến nghị Đảng và Nhà nước cần quan tâm một cách đúng mức về phương tiện làm khoa học, đội ngũ cán bộ và kinh phí nghiên cứu. Những kiến nghị và đề xuất tâm huyết của Giáo sư Tôn Thất Tùng gửi tới Thủ tướng Phạm Văn Đồng nhằm chuẩn bị một Hội thảo quốc tế về tác hại của các chất diệt cỏ dự kiến vào cuối năm 1982 tại Thành phố Hồ Chí Minh.

Nhưng nhà khoa học có trách nhiệm và không ngại nói thẳng, nói thật ấy - Giáo sư Tôn Thất Tùng đã không còn xuất hiện được nữa trong ngày diễn ra hội thảo. Ông mất ngày 7/5/1982, nhưng những tâm nguyện của Giáo sư Tôn Thất Tùng đã được thực hiện.

Hội thảo quốc tế về chất diệt cỏ đã diễn ra vào tháng 1/1983 tại Thành phố Hồ Chí Minh. Tại hội thảo nhiều người nhắc đến ông và những đóng góp của ông trong cuộc đấu tranh chống dioxin.

Con đường khoa học không bao giờ bằng phẳng, như Giáo sư Tôn Thất Tùng đã từng nói rất nhiều lần, nó là sự nổi dậy của tư duy. Người làm khoa học không được buông xuôi mà cần có tư duy sáng tạo, vươn tới những tiến bộ của thời đại, phục vụ tốt nhất con người. Những vấn đề cụ thể Giáo sư Tôn Thất Tùng nói ở trên chắc chắn gợi mở nhiều điều cho những người làm công tác khoa học hiện nay.