Le programme du centre se déploie sur trois niveaux : le rez-de-chaussée, le 1er sous-sol partiellement enfoui dans la dénivellation du site, et enfin, le 2e sous-sol. Les salles de téléthérapie, de curiethérapie, de résonance magnétique, de simulation et de planification des traitements ont été aménagées au deuxième sous-sol afin de faciliter l'application de l’ensemble des mesures de radioprotection. L’aire clinico-administrative, les salles d’enseignement et de formation et les salles électromécaniques se trouvent au premier sous-sol; alors que les aires de chimiothérapie, de consultation clinique et d’accueil se situent au rez-de-chaussée. Des aires d’attentes et d’enseignement sont distribuées sur les trois niveaux pour une meilleure répartition de la clientèle et du personnel.
Un puits de lumière et une grande cour intérieure —aménagée au cœur du bâtiment—, offrent des vues sur l'extérieur, facilitent l’orientation et acheminent la lumière naturelle jusqu’au deuxième sous-sol, en plus de créer des liens visuels entre tous les niveaux.
Le projet comprend également une toiture-jardin et le prolongement d’un tunnel souterrain existant afin de connecter le nouveau pavillon à l’hôpital.
Le projet d'aménagement d'une suite pour un tomographe par émission de positons (TEP scan) est le premier jalon de l’agrandissement du bâtiment de l’urgence. D’une superficie brute de 901 m², l’agrandissement localisé sur le toit du bâtiment de l’urgence regroupe l’ensemble des fonctions principales du projet, soit l’aménagement d’une aire d’accueil, d’une aire de préparation et d’entrevue, d’une aire d’injection, d’une salle d’examen du TEP et de l’aire clinico-administrative. Sa structure permet l’ajout éventuel d’étages, afin de relier le Pavillon St-Joseph à chaque plancher de l’agrandissement du bâtiment de l’urgence; qui est conçu pour atteindre éventuellement 5 étages au total.