先進(jìn)內燃動(dòng)力全國重點(diǎn)實(shí)驗室的前身是內燃機燃燒學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗室，由天津大學(xué)原校長(cháng)史紹熙院士創(chuàng )建，于1986年經(jīng)國家計委批準開(kāi)始建設，1989年建成并對外開(kāi)放，是我國內燃機領(lǐng)域的第一個(gè)國家重點(diǎn)實(shí)驗室。實(shí)驗室面向國家“能源安全、綠色低碳、動(dòng)力強國”的重大戰略,秉持“頂天、立地”發(fā)展理念，堅持科技創(chuàng )新“四個(gè)面向”，開(kāi)展高效內燃動(dòng)力燃燒與排放、凈零碳動(dòng)力能源轉化與利用、先進(jìn)動(dòng)力系統集成及智能化的應用基礎和關(guān)鍵技術(shù)研究，產(chǎn)生了一系列標志性成果，2015年以來(lái)實(shí)驗室作為第一完成單位獲得國家級科技獎6項，被科技部評價(jià)具有“開(kāi)拓和牽引”作用。
?精密測試技術(shù)及儀器全國重點(diǎn)實(shí)驗室圍繞“制造強國”、“質(zhì)量強國”國家戰略，瞄準智能制造背景下不斷增長(cháng)的精密測量需求，開(kāi)展高端裝備數字化制造精密測量?jì)x器及體系、極端服役多參數在線(xiàn)測量技術(shù)及儀器、儀器核心部件及近極限測量技術(shù)等研究，培育重大原始創(chuàng )新，提出數字化、網(wǎng)絡(luò )化、智能化精密測量技術(shù)原創(chuàng )性新概念、新原理、新方法，構建完全自主的知識產(chǎn)權體系，將實(shí)驗室建設成為具有重要工程背景和鮮明技術(shù)特色的精密測量高端儀器科學(xué)與技術(shù)策源地，形成持續創(chuàng )新能力。
化學(xué)工程聯(lián)合國家重點(diǎn)實(shí)驗室（天津大學(xué)）以反應與分離工程共性基礎和方法、微化工技術(shù)和過(guò)程強化、化學(xué)產(chǎn)品工程為主要研究方向，開(kāi)展多相體系表/界面傳遞與反應現象及過(guò)程、反應和傳遞過(guò)程調控、微尺度反應與傳遞過(guò)程規律、過(guò)程集成和強化、化工過(guò)程流場(chǎng)結構化、過(guò)程耦合機制、化學(xué)產(chǎn)品多尺度結構和構效關(guān)系及結構演化機理、以及化工過(guò)程系統優(yōu)化及其安全和智能化理論和方法研究。
“水利工程智能建設與運維全國重點(diǎn)實(shí)驗室”是在原有“水利工程仿真與安全國家重點(diǎn)實(shí)驗室”基礎上，依托天津大學(xué)組建，2023年3月獲批建設。其前身“水利工程仿真與安全國家重點(diǎn)實(shí)驗室”2011年批準建設，2018年評估結果為優(yōu)秀。實(shí)驗室核心技術(shù)在我國90%以上200m級的高壩工程中得到應用，在重大水利工程智能建設、高壩樞紐運行安全等方向形成明顯優(yōu)勢和特色。實(shí)驗室獲國家科技獎勵18項，其中主持二等獎8項，參與特等獎和一等獎各1項。
綠色合成與轉化教育部重點(diǎn)實(shí)驗室主要依托天津大學(xué)化學(xué)工藝學(xué)科而建立，實(shí)驗室現有固定人員50人，流動(dòng)人員36人，包括中國工程院院士1名，國家杰出青年基金獲得者5人、優(yōu)秀青年基金獲得者4人、青年長(cháng)江學(xué)者1人；擁有 2個(gè)科技部創(chuàng )新團隊、1個(gè)教育部創(chuàng )新團隊，已形成以院士、杰青等為學(xué)術(shù)帶頭人的結構合理的人才梯隊。實(shí)驗室在傳承發(fā)展石油化工的基礎上，瞄準與國民經(jīng)濟、社會(huì )發(fā)展及國家安全相關(guān)的重大科技問(wèn)題，聚焦國際綠色化學(xué)發(fā)展的前沿，開(kāi)展與能源、資源的高效轉化與清潔利用相關(guān)的創(chuàng )新性應用基礎研究，形成了優(yōu)勢顯著(zhù)、特色鮮明的三個(gè)研究方向。
光電信息技術(shù)教育部重點(diǎn)實(shí)驗室(天津大學(xué))是教育部首批建設的38個(gè)重點(diǎn)實(shí)驗室之一。該實(shí)驗室始建于上世紀90年代，依托于國家重點(diǎn)一級學(xué)科——天津大學(xué)光學(xué)工程學(xué)科。實(shí)驗室擁有光學(xué)工程一級學(xué)科碩、博士學(xué)位授予權以及光電子與光子學(xué)技術(shù)二級學(xué)科碩、博士學(xué)位授予權，還設有光學(xué)工程博士后流動(dòng)站。
天津大學(xué)智能電網(wǎng)教育部重點(diǎn)實(shí)驗室是國內電氣工程領(lǐng)域重要的研究實(shí)驗基地，它依托我校電力系統及其自動(dòng)化這一國家重點(diǎn)學(xué)科建設。實(shí)驗室的前身是建設于上世紀五十年代的天津大學(xué)電力系統動(dòng)態(tài)模擬實(shí)驗室。經(jīng)過(guò)半個(gè)多世紀的建設，已從原先單一的電力系統動(dòng)態(tài)模擬實(shí)驗室發(fā)展成面向智能電網(wǎng)發(fā)、輸、變、配、用等各個(gè)環(huán)節的綜合實(shí)驗室。
本實(shí)驗室依托天津大學(xué)“化學(xué)工程與技術(shù)”國家重點(diǎn)學(xué)科，始建于2007年，是國內最早開(kāi)展系統生物工程和合成生物學(xué)的研究基地。聚焦生物醫藥、能源、生物基化學(xué)品合成等國家重大需求，聚焦世界科技前沿，以生物信息分析、合成生物學(xué)和生物過(guò)程工程為核心，模型模擬與實(shí)驗相結合，定位在應用基礎研究。形成了特色鮮明的研究方向：1）生物信息學(xué)與合成生物學(xué)，2）生物反應與代謝工程，3）生物分離工程，4）工業(yè)生物過(guò)程的系統分析與優(yōu)化。是系統生物工程和合成生物學(xué)領(lǐng)域世界著(zhù)名的研究機構之一，同時(shí)成為了高級人才培養的重要基地。
機構理論與裝備設計教育部重點(diǎn)實(shí)驗室依托天津大學(xué)機械設計及理論國家重點(diǎn)學(xué)科和機械工程博士學(xué)位授予權一級學(xué)科，面向國際學(xué)術(shù)前沿，圍繞國家重大需求，以機構理論為核心，開(kāi)展高端制造裝備、海洋裝備、醫療裝備基礎理論與關(guān)鍵技術(shù)研究，建設機構理論與裝備設計領(lǐng)域的科學(xué)研究創(chuàng )新基地、高層次人才培養基地、國際交流與合作基地，成為機構理論與裝備設計領(lǐng)域創(chuàng )新型、開(kāi)放式、國際化的世界一流研究中心。
中低溫熱能高效利用教育部重點(diǎn)實(shí)驗室（天津大學(xué)）于2012年1月批準籌建，實(shí)驗室結合國家發(fā)展節能環(huán)保、新能源等新興產(chǎn)業(yè)的重大需求，瞄準以地熱能、太陽(yáng)能及工業(yè)余熱為主的中低溫熱能的科學(xué)前沿，以熱科學(xué)為基礎，交叉融合系統科學(xué)、材料科學(xué)及環(huán)境科學(xué)等學(xué)科，充分發(fā)揮天津大學(xué)動(dòng)力工程及工程熱物理學(xué)科在中低溫熱能領(lǐng)域中的科研優(yōu)勢和骨干作用，從能量收集、傳遞與轉換以及應用的各個(gè)環(huán)節入手，研究中低溫熱能高效利用過(guò)程中的科學(xué)問(wèn)題，為解決能量傳遞與轉換過(guò)程中的效率、環(huán)境、經(jīng)濟成本等問(wèn)題提供科學(xué)依據和新的技術(shù)途徑。