Uzm. Dr. Sema Bayçın, 1987-2001 yılları arasında İstanbul Bakırköy Ruh ve Sinir Hastalıkları Hastanesi’nde uzman hekim olarak görev yapmıştır. Bu süre zarfında, 1987-1992 yılları arasında psikoz ve nevroz bölümlerinde psikiyatrist olarak bireysel ve grup psikoterapisi alanında çalışmış, 1992-2001 yılları arasında ise Bakırköy Ruh ve Sinir Hastalıkları Hastanesi'nin UMATEM (Uçucu Madde) ve AMATEM (Alkol, Sigara ve Uyuşturucu Madde) bölümlerinde görev alarak adolesan ve yetişkinlerin medikal ve psikoterapötik tedavilerini sürdürmüştür. Ayrıca, 1998-2001 yılları arasında aynı hastanede kurulmuş olan Evlilik Danışma ve Terapi Merkezi’nde çalışmalarına devam etmiştir.
2001 yılından itibaren özel hastaneler ve tıp merkezlerinde uzman hekim ve psikoterapist olarak çalışmakta olan Uzm. Dr. Sema Bayçın, psikologlar için bağımlılık psikoterapisi eğitmeni ve süpervizör olarak çeşitli kurum ve projelerde eğitim programlarına katkıda bulunmaktadır. 2015-2016 yıllarında Avustralya'da kurulmuş olan Dulwich Center’ın Türkiye’deki Narrative Terapi Eğitim programına katılmış ve bu alanda uygulama sertifikası almaya hak kazanmıştır. Çocuk, ergen, yetişkin ve çift aile terapileri uygulamalarında uzmanlaşmıştır.
2016 yılında Bağcılar Belediyesi, Bağcılar Kaymakamlığı ve İstanbul Kalkınma Ajansı iş birliğiyle gerçekleştirilen "Yeni Bir Ben" bağımlılıkla mücadele projesinde, terapi merkezinde çalışan psikologlara bağımlılık psikoterapi eğitimi ve süpervizyonu vermiştir. 2018 yılında İstanbul İl Sağlık Müdürlüğü’nün Bölge Sağlık Planlaması’na katkı sağlamak amacıyla kurduğu Ruh Sağlığı Hizmetlerinin İyileştirilmesi Komisyonu’nda görev almıştır. Bu komisyonda, üniversite, eğitim ve araştırma hastaneleri ile özel hastanelerdeki ruh sağlığı hizmetlerinin iyileştirilmesi amacıyla çalışmalarda bulunmuştur.
2019 yılında, AID Uluslararası Doktorlar Derneği’nin paydaşı olduğu Zeytin Dalı Suriyeli Çocukların Psikososyal Destek Projesi'nde süreç değerlendirmesi için danışman olarak görev yapmıştır. 2019-2020 yıllarında ise Çatalca Kaymakamlığı'nın "Gençliğine ve Geleceğine Sahip Çık" projesinde, bağımlılık konusunda danışmanlık ve terapi hizmeti veren psikologlara süpervizyon ve danışmanlık hizmeti sağlamıştır. Ayrıca, kırsalda yaşayanlar ve göçmenlerin fiziksel, ruhsal ve sosyal olarak iyilik hallerini korumak amacıyla oluşturulan projelerde, mobil hizmet birimlerinde çalışacak kişilerin eğitimlerinde yer almıştır.
Uzm. Dr. Sema Bayçın, 1994-2000 yılları arasında sokak çocukları için kurulan çeşitli sivil toplum örgütleri ve resmi kurumların yürüttüğü faaliyetlerde uzman hekim ve danışman olarak sosyal sorumluluk çalışmalarında yer almıştır. Uzm. Dr. Sema Bayçın, birçok yurtiçi ve yurtdışı araştırma projelerinde çalışmış ve özel eğitimlere katılmıştır. Alanında yayımlanmış birçok bilimsel makalesi ve sosyal çalışmaları bulunmaktadır.