המרכז הרפואי לבעלי חיים ע"ש פיליס ואוטו פריי בגן החיות התנ"כי נחנך בשנת 2000. המרכז מכיל חדר ניתוח גדול ובו ציוד אבחוני, חדר מעבדה לבדיקות השונות, חדרי אשפוז לבע"ח שונים ואזור הֵסגר בו שוהים בעלי החיים החדשים. המבנה מותאם למתן טיפול בכל בעלי החיים בגן החיות מלבד "חמשת הגדולים" – פילים, ג'ירפות, קרנפים, היפופוטמים וביזונים בהם נטפל בביתם במידת הצורך. הרפואה המונעת מהווה גורם חשוב מאוד ברפואת חיות גן חיות. כאשר חיית בר סובלת ממחלה כלשהי, פעמים רבות, סימני המחלה יופיעו רק כשהמצב כבר חמור מאוד. אבחון המחלה כרוך בלכידה פיזית של בעל החיים או בהרדמה - דבר שיגרום לה ללחץ רב שעשוי לסכנהּ ולמנוע את החלמתה.

 
תוכנית הטיפול המונע כוללת : 
• חיסונים נגד מחלות שונות כמו: כלבת, פה וטלפיים, טטנוס וכו'.
• טיפולים תקופתיים מונעים כגון: תרופות נגד תולעים לכל בעלי החיים בגן החיות , תרופות נגד מחלת המלריה של העופות לפינגווינים ועוד.
• בדיקות תקופתיות מתבצעות מדי שנה לבעלי החיים השונים במהלכן בעל החיים נשקל, נבדק מצבו הגופני, נלקחות בדיקות דם, מתבצעים צילומי רנטגן, בדיקות אולטרה סאונד ובהתאם לצורך גם טיפולים שונים. למשל: טיפולי שיניים, טילוף טלפיים או טיפולים לוויסות הרבייה.
• הסגר - כל בעל חיים חדש המגיע לגן, שוהה בהסגר לתקופה ממושכת. במהלך ההסגר הוא נבדק מספר פעמים וזאת בכדי למנוע מצב של הכנסת מחלה מדבקת לתחומי גן החיות.
• טיפולי חרום - הצוות הווטרינרי נמצא בקשר הדוק עם המטפלים במחלקות השונות, המטפלים מכירים כל בע"ח והם שידווחו על כל שינוי התנהגותי, שימוש שונה במרחב התצוגה, שינויים בתאבון, בצריכת מים, או במצב הגופני. 
כל אלה עשויים להתריע על אפשרות של תחלואה.

תזונה - קיימת חשיבות רבה לתזונת בעלי החיים בגני חיות. נמצא קשר ישיר בין רמת ההזנה וטיבה לבין גדילה, כושר רבייה, ותחלואות שונות. בגן החיות התנ"כי הדיאטה של בעל החיים נבחנת בקפידה ולכל בעל חיים נבנה התפריט המתאים לו, ופעמים רבות המזון כולל תוספי מזון ייחודיים.
מחקרים וטרינריים - מרכיב חשוב נוסף בעבודה בבית החולים הינו קידום מחקרים וטרינרים הקשורים בבעלי חיים בשבייה ובחיות הבר. לדוגמא, הפריית הפילה האסייתית וההמלטה של "גבי" הפילון הצליחו הודות למחקר ארוך טווח ושיתוף פעולה בינלאומי. 

 צוות בית החולים 
• דר' נילי אבני-מגן, הוטרינרית הראשית
• דר' אריה ליטבק , וטרינר ראשי מחליף
• דר' אליזבת קאופמן, וטרינרית ותזונאית
• דר' נועה אשכול, וטרינרית 
וצוות גדול ומבורך של מתנדבים. 

צוות בית החולים ממשיך את חזונו של דר' גבי אשכר ז"ל שהיה הווטרינר הראשי של גן החיות התנ"כי במשך שנים רבות, ונהרג באוגוסט 2004 בתאונת דרכים.

 מחקרים ומיזמים וטרינריים המתבצעים בגן החיות:
• מחקר רבייה והפרייה של הפיל האסייתי
• שימוש באמצעי מניעה בחיות בר
• מעקב הריון בטפירה ברזילאית
• אפיון שינויים לאורך זמן בקרטיטיס חוזר אצל פילים אסייתים והשפעות טיפול
• יעילות שתל המשחרר אנטיביוטיקה לאורך זמן באוכלי עשב
• יעילות טיפול ארוך-טווח (long-acting) נגד זיהום פטרייתי בקופי סיאמנג
• אפיון רמות נוגדנים לכלבת בפילים אסייתים מחוסנים
• יעילות של החדרה בחץ של שתל המפריש תואם GnRH (דסלורין) כאמצעי מניעה בג'ירפות
• מעקב אחר השינויים ההורמונלים, שינויים באיכות הזרע ובהתנהגות של "טדי" הפיל האסייתי הזכר המתבגר
• מעקב אחר שינויים מחזורים ברמות הורמוני זוויג בברדלסים 

 גן החיות חבר בארגון הווטרינרים האירופי  EAZWV)      European Association of Zoo and Wildlife Veterinarians )  וקיים שיתוף פעולה פורה עם גני חיות אחרים באירופה ובעולם.