清华大学化学系现有两个教育部重点实验室(生命有机磷化学及化学生物学教育部重点实验室、有机光电子与分子工程教育部重点实验室),一个微量分析测试方法与仪器研制北京市重点实验室,五个二级学科研究所(无机化学、分析化学、有机化学、物理化学、高分子化学与物理研究所),基础分子科学中心,基础化学实验教学中心,清华大学分析中心及国家能谱中心,其中分析化学为国家重点学科。

        化学系的科研方向不仅涵盖了现代化学的各主要领域,而且也包括了21世纪化学发展的最新生长点。研究内容有:环境及生命过程中的分析化学新方法研究,生命过程中的化学问题及新型酶的作用机制与应用,有机光电子材料及器件,新型晶体功能材料,超分子自组装和纳米结构材料,中药复方的分子生物学研究,导电高分子材料的合成与性能研究,以新能源及环境保护为目标的新催化系统的研究等。近年来,清华大学化学系每年科研经费和发表的SCI论文数均保持了较高的增长速度,主要的研究工作得到了国家自然科学基金委、国家科技部重大专项、973、863计划的支持,多项成果获得了国家和省部级的奖励。

        化学系拥有众多大中型仪器设备,如飞行时间质谱仪(Q-TOF-MS)、激光电离飞行时间质谱(MALDI-TOF-MS)、等离子体原子发射光谱仪(ICP-OES)、等离子体质谱仪(ICP-MS)、气相色谱/质谱和液相色谱/质谱联用仪(GC-MS, LC-MS)、原子力显微镜(AFM)、透射电镜(TEM)、扫描电镜(SEM)、扫描俄歇微探针(SAM)、X射线光电子能谱(XPS)、显微共焦拉曼光谱仪、核磁共振波谱仪(NMR)、顺磁共振波谱仪(ESR)、单晶和多晶X-射线衍射仪(XRD)、高效液相色谱(HPLC)、毛细管电泳仪以及紫外可见光谱仪(UV-Vis)、傅立叶变换红外光谱仪(FT-IR)、原子吸收光谱仪(AAS)等。