動物実験施設は、防衛省で唯一の動物実験施設であり、教官、研究科学生等の実験の場となっている他、医官等の医療従事者に対する戦傷外科救命処置教育コース（Military Surgical Training Course, MSTC）の場ともなっている。第1 動物実験棟（4 階建て、約1,600m2 ）、第2 動物実験棟（5 階建て、約2,200m2 ）及びRI 実験棟（3 階建て、約900m2 ）からなっている。第1 動物実験棟と第2 動物実験棟は、2 階と3 階で渡り廊下により連絡している。マウス、ラットをはじめ、ウサギ、モルモット、イヌ、ブタ、ヒツジ、カニクイザル等を収容可能であり、実験室、X 線室、中動物手術室、小動物手術室、隔離実験室、検疫室を完備している。飼育室、実験室及び手術室は高度に管理された環境制御機構を持ち、年間を通して適正な温度、湿度が保たれている。加えて非常用発電機を導入し、停電時も動物の飼育環境を損なわないよう対策されている。人獣共通感染症の原因になる病原体や実験動物に致死的な症状や実験に影響を与える病原体については厳しく管理され、導入される実験動物の微生物検査、胚移植による微生物クリーニング、飼育動物の定期微生物モニタリング検査などが行われている。施設内へはフィルターを通したクリーンな空気が供給され、施設への人の出入りは入退室管理システムにより厳密に管理されている。
動物実験施設の運営は、動物実験施設の運営に関する達（昭和54 年防衛医科大学校達第4 号）のもとで行われている。動物実験の実施については、動物の愛護及び管理に関する法律（昭和48 年法律第105 号）、実験動物の飼養及び保管並びに苦痛の軽減に関する基準（平成18 年環境省告示第88 号）および研究機関等における動物実験等の実施に関する基本指針（平成18 年文部科学省告示第71 号）に基づき、防衛医科大学校動物実験規則（令和2 年防衛医科大学校達第2 号）が定められている。この動物実験規則に基づいて動物実験倫理委員会が設置されている。
動物実験施設では、動物実験実施者に対する教育訓練や助言、実験動物の適正な飼育、実験環境の維持等により、動物実験の質の向上を図っている。また、胚操作技術によるマウスの微生物クリーニングや胚、精子の凍結保存等の技術提供を行っている。この他、動物実験倫理委員会の事務局として、動物実験計画書の審査等の業務も行っている。

RI 実験棟は3 階建ての独立棟であり、3 階部分が放射線管理区域となっている。放射線管理区域内には実験室、測定室、動物飼育室が設置されている。管理区域への立ち入りは、放射線業務従事者及び放射線管理総括者の許可を得た一時立入者に制限されている。使用を承認されている核種は21 核種であるが、そのうち3H が主に使用されている。RIAの最盛期であった昭和62 年頃は、利用者数が100 人を超える年もあった。その後、RIAでの使用は、急激に減少したものの、平成3～8 年頃にはRI 法による遺伝子解析が盛んとなり、RI の利用もそれほど減少しなかった。しかし、その後、遺伝子解析においてもRI法に代わり蛍光法が用いられるようになり、最近では、利用者数は、さらに減少している。一方、動物へのRI 標識化合物の投与を伴う実験や、遺伝子組換え動物を使用した実験が行われるようになるなど、実験内容には変化がみられる。
RI 実験棟の運営は、放射性同位元素等による放射線障害の防止に関する法律（昭和32年法律第167 号）に基づいて制定された放射線障害予防規程である防衛医科大学校動物実験施設における放射線障害の防止に関する達（平成元年防衛医科大学校達第3 号）を基本として行われている。放射線障害防止について必要な事項を企画審議するために、放射線障害防止委員会が設置されている。放射線障害の防止に関する業務を総括するために放射線管理総括者が置かれている。放射線管理総括者は動物実験施設長（兼任）の職務とされ、その指示によりRI 実験棟の職員がRI の取扱を管理している。また、施設の維持・管理を総括するために施設総括者がおかれている。施設総括者は管理施設課長の兼任職務とされ、その指示により管理施設課職員が施設の維持・管理を行っている。健康診断は保健管理室長の兼任職務とされ、春秋の2 回、実施されている。