先進內(nèi)燃動力全國重點實驗室的前身是內(nèi)燃機燃燒學(xué)國家重點實驗室，由天津大學(xué)原校長史紹熙院士創(chuàng)建，于1986年經(jīng)國家計委批準開始建設(shè)，1989年建成并對外開放，是我國內(nèi)燃機領(lǐng)域的第一個國家重點實驗室。實驗室面向國家“能源安全、綠色低碳、動力強國”的重大戰(zhàn)略,秉持“頂天、立地”發(fā)展理念，堅持科技創(chuàng)新“四個面向”，開展高效內(nèi)燃動力燃燒與排放、凈零碳動力能源轉(zhuǎn)化與利用、先進動力系統(tǒng)集成及智能化的應(yīng)用基礎(chǔ)和關(guān)鍵技術(shù)研究，產(chǎn)生了一系列標(biāo)志性成果，2015年以來實驗室作為第一完成單位獲得國家級科技獎6項，被科技部評價具有“開拓和牽引”作用。
?精密測試技術(shù)及儀器全國重點實驗室圍繞“制造強國”、“質(zhì)量強國”國家戰(zhàn)略，瞄準智能制造背景下不斷增長的精密測量需求，開展高端裝備數(shù)字化制造精密測量儀器及體系、極端服役多參數(shù)在線測量技術(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(shù)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(gòu)建完全自主的知識產(chǎn)權(quán)體系，將實驗室建設(shè)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(xù)創(chuàng)新能力。
化學(xué)工程聯(lián)合國家重點實驗室（天津大學(xué)）以反應(yīng)與分離工程共性基礎(chǔ)和方法、微化工技術(shù)和過程強化、化學(xué)產(chǎn)品工程為主要研究方向，開展多相體系表/界面?zhèn)鬟f與反應(yīng)現(xiàn)象及過程、反應(yīng)和傳遞過程調(diào)控、微尺度反應(yīng)與傳遞過程規(guī)律、過程集成和強化、化工過程流場結(jié)構(gòu)化、過程耦合機制、化學(xué)產(chǎn)品多尺度結(jié)構(gòu)和構(gòu)效關(guān)系及結(jié)構(gòu)演化機理、以及化工過程系統(tǒng)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(shè)與運維全國重點實驗室”是在原有“水利工程仿真與安全國家重點實驗室”基礎(chǔ)上，依托天津大學(xué)組建，2023年3月獲批建設(shè)。其前身“水利工程仿真與安全國家重點實驗室”2011年批準建設(shè)，2018年評估結(jié)果為優(yōu)秀。實驗室核心技術(shù)在我國90%以上200m級的高壩工程中得到應(yīng)用，在重大水利工程智能建設(shè)、高壩樞紐運行安全等方向形成明顯優(yōu)勢和特色。實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(zhuǎn)化教育部重點實驗室主要依托天津大學(xué)化學(xué)工藝學(xué)科而建立，實驗室現(xiàn)有固定人員50人，流動人員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、青年長江學(xué)者1人；擁有 2個科技部創(chuàng)新團隊、1個教育部創(chuàng)新團隊，已形成以院士、杰青等為學(xué)術(shù)帶頭人的結(jié)構(gòu)合理的人才梯隊。實驗室在傳承發(fā)展石油化工的基礎(chǔ)上，瞄準與國民經(jīng)濟、社會發(fā)展及國家安全相關(guān)的重大科技問題，聚焦國際綠色化學(xué)發(fā)展的前沿，開展與能源、資源的高效轉(zhuǎn)化與清潔利用相關(guān)的創(chuàng)新性應(yīng)用基礎(chǔ)研究，形成了優(yōu)勢顯著、特色鮮明的三個研究方向。
光電信息技術(shù)教育部重點實驗室(天津大學(xué))是教育部首批建設(shè)的38個重點實驗室之一。該實驗室始建于上世紀90年代，依托于國家重點一級學(xué)科——天津大學(xué)光學(xué)工程學(xué)科。實驗室擁有光學(xué)工程一級學(xué)科碩、博士學(xué)位授予權(quán)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(quán)，還設(shè)有光學(xué)工程博士后流動站。
天津大學(xué)智能電網(wǎng)教育部重點實驗室是國內(nèi)電氣工程領(lǐng)域重要的研究實驗基地，它依托我校電力系統(tǒng)及其自動化這一國家重點學(xué)科建設(shè)。實驗室的前身是建設(shè)于上世紀五十年代的天津大學(xué)電力系統(tǒng)動態(tài)模擬實驗室。經(jīng)過半個多世紀的建設(shè)，已從原先單一的電力系統(tǒng)動態(tài)模擬實驗室發(fā)展成面向智能電網(wǎng)發(fā)、輸、變、配、用等各個環(huán)節(jié)的綜合實驗室。
本實驗室依托天津大學(xué)“化學(xué)工程與技術(shù)”國家重點學(xué)科，始建于2007年，是國內(nèi)最早開展系統(tǒng)生物工程和合成生物學(xué)的研究基地。聚焦生物醫(yī)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)和生物過程工程為核心，模型模擬與實驗相結(jié)合，定位在應(yīng)用基礎(chǔ)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(yīng)與代謝工程，3）生物分離工程，4）工業(yè)生物過程的系統(tǒng)分析與優(yōu)化。是系統(tǒng)生物工程和合成生物學(xué)領(lǐng)域世界著名的研究機構(gòu)之一，同時成為了高級人才培養(yǎng)的重要基地。
機構(gòu)理論與裝備設(shè)計教育部重點實驗室依托天津大學(xué)機械設(shè)計及理論國家重點學(xué)科和機械工程博士學(xué)位授予權(quán)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(gòu)理論為核心，開展高端制造裝備、海洋裝備、醫(yī)療裝備基礎(chǔ)理論與關(guān)鍵技術(shù)研究，建設(shè)機構(gòu)理論與裝備設(shè)計領(lǐng)域的科學(xué)研究創(chuàng)新基地、高層次人才培養(yǎng)基地、國際交流與合作基地，成為機構(gòu)理論與裝備設(shè)計領(lǐng)域創(chuàng)新型、開放式、國際化的世界一流研究中心。
中低溫?zé)崮芨咝Ю媒逃恐攸c實驗室（天津大學(xué)）于2012年1月批準籌建，實驗室結(jié)合國家發(fā)展節(jié)能環(huán)保、新能源等新興產(chǎn)業(yè)的重大需求，瞄準以地?zé)崮堋⑻柲芗肮I(yè)余熱為主的中低溫?zé)崮艿目茖W(xué)前沿，以熱科學(xué)為基礎(chǔ)，交叉融合系統(tǒng)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)動力工程及工程熱物理學(xué)科在中低溫?zé)崮茴I(lǐng)域中的科研優(yōu)勢和骨干作用，從能量收集、傳遞與轉(zhuǎn)換以及應(yīng)用的各個環(huán)節(jié)入手，研究中低溫?zé)崮芨咝Ю眠^程中的科學(xué)問題，為解決能量傳遞與轉(zhuǎn)換過程中的效率、環(huán)境、經(jīng)濟成本等問題提供科學(xué)依據(jù)和新的技術(shù)途徑。