化学系高度重视教学工作，积极贯彻清华大学“三位一体”、“五育并举”的教育理念，围绕新时期化学人才培养的目标定位，高层次化学人才培养对教师、课程、培养体系变革的需求，提出“引领化学拔尖创新人才培养与科技创新能力提升”的使命与定位，积极思考和探索化学学科新时代教育教学改革、评价体系和基础人才培养新模式，探索顶尖化学人才培养路径和方案。面向世界科技前沿、面向国家重大需求、面向人民生命健康，以高水平科学研究支撑高质量高等教育，构筑全球创新型人才培养的高地。

化学系把立德树人作为首要任务，把教书育人作为第一责任，进一步完善“三全育人”工作体制机制，完善研究生“导学思政”育人体系。秉承理论教学与实践教学相结合的原则，通过不断探索先进的教学理念、深入开展教学研究和教学改革、更新课堂教学内容、设计打造荣誉课程体系、加强实验室建设、实施实验室开放管理、推行研究型的教学模式，使教学水平和人才培养质量大大提高。近年来，有2名教师获得“清华大学新百年教学成就奖”；5个教学团队入选“清华大学本科基础课教学团队”，入选团队数量在全校名列前茅；课程思政建设取得初步成效，多门课程建设中的课程思政经验入选学校相关案例集或论文集。“基础学科拔尖学生培养计划”（清华学堂人才培养计划）的实施进一步推动了化学系基础学科人才的培养工作，化学学堂班培养的毕业生在国内外获得了一系列荣誉，凸显了人才培养硕果。2020 年化学系化学专业获国家级一流本科专业建设点，2022年化学生物学专业获国家级一流本科专业建设点，为培养高素质的创新人才提供了坚实的保障。2023年化学系获批“数理化生国家高层次人才培养中心（化学）”，对拔尖创新人才培养目标的实现形成有力支撑。

目前化学系在校学生600余人，其中本科生近100人。超过80%的本科毕业生选择继续深造，其余学生直接进入科研院所、国家机关、企业等工作。研究生直接参与国际前沿课题的研究，在科学作风、学术思想和科研能力等方面得到全面的培养和锻炼。同时通过举办研究生学术节、博士生论坛和参加国内外的学术会议等，进一步拓展了知识面和学术视野，提升了化学专业人才培养的国际视野和全球胜任力。化学系人才培养质量的提升促使一大批优秀人才脱颖而出，复系以来的化学系校友中已有7人当选中国科学院院士，20余名毕业生入选了国家高层次人才计划，或进入世界顶尖大学或研究所担任教职。