1999 yılında İstanbul Tıp Fakültesi'nde başladığı mesleki eğitimini, fakülteden sonra yine İstanbul Tıp Fakültesi'nde Genel Cerrahi Uzmanlığı ile tamamladı. Mesleğine kamuda devam ederken, 2009 yılında Avusturya'da Obezite ve Metabolik Cerrahi konusunda Prof. Dr. Karl Miller'ın yanında çalışmalarda bulundu. 2010 yılında T.C. Sağlık Bakanlığı görevlendirmesi ile İ.Ü. İstanbul Tıp Fakültesi Genel Cerrahi Anabilim Dalı'nda, Obezite ve Metabolik Cerrahi - İleri Düzey Laparoskopik ve Minimal İnvazif Cerrahi konusunda rotasyonunu tamamladı.

Op. Dr. Tuğrul Demirel aktif olarak, ileri düzey laparoskopik cerrahi konusunda çalışmalarda bulunmaktadır. Obezite cerrahisinin yanısıra, laparoskopik mide fıtığı cerrahisi, karın duvarı fıtıkları ve kalın bağırsak kanserinin laparoskopik tedavisi ile profesyonel olarak ilgilenmektedir. 2010 Ağustos'tan bu yana İstanbul'da, özel sektörde, Obezite ve Genel Cerrahi Uzmanı olarak çalışmaktadır. 2016 Ekim - 2017 Mart arasında MedicalPark Gaziosmanpaşa Hastanesi'de Obezite ve Metabolik Cerrahi Birimi Direktörlüğü'nü yürüttü.