精密测试技术及仪器全国重点实验室围绕“制造强国”、“质量强国”国家战略，瞄准智能制造背景下不断增长的精密测量需求，开展高端装备数字化制造精密测量仪器及体系、极端服役多参数在线测量技术及仪器、仪器核心部件及近极限测量技术等研究，培育重大原始创新，提出数字化、网络化、智能化精密测量技术原创性新概念、新原理、新方法，构建完全自主的知识产权体系，将实验室建设成为具有重要工程背景和鲜明技术特色的精密测量高端仪器科学与技术策源地，形成持续创新能力。
先进内燃动力全国重点实验室的前身是内燃机燃烧学国家重点实验室，由天津大学原校长史绍熙院士创建，于1986年经国家计委批准开始建设，1989年建成并对外开放，是我国内燃机领域的第一个国家重点实验室。实验室面向国家“能源安全、绿色低碳、动力强国”的重大战略,秉持“顶天、立地”发展理念，坚持科技创新“四个面向”，开展高效内燃动力燃烧与排放、净零碳动力能源转化与利用、先进动力系统集成及智能化的应用基础和关键技术研究，产生了一系列标志性成果，2015年以来实验室作为第一完成单位获得国家级科技奖6项，被科技部评价具有“开拓和牵引”作用。
“水利工程智能建设与运维全国重点实验室”是在原有“水利工程仿真与安全国家重点实验室”基础上，依托天津大学组建，2023年3月获批建设。其前身“水利工程仿真与安全国家重点实验室”2011年批准建设，2018年评估结果为优秀。实验室核心技术在我国90%以上200m级的高坝工程中得到应用，在重大水利工程智能建设、高坝枢纽运行安全等方向形成明显优势和特色。实验室获国家科技奖励18项，其中主持二等奖8项，参与特等奖和一等奖各1项。
先进医用材料与医疗器械全国重点实验室（“实验室”）是2023年天津唯一新获批全国重点实验室。实验室面向国家重大战略需求和国际医学科技前沿，聚焦先进医用材料与医疗器械的研发，依托天津大学、中国医学科学院天津医学健康研究院、上海科技大学、上海联影医疗科技股份有限公司联合共建。实验室坚持面向世界科技前沿、面向经济主战场、面向国家重大需求、面向人民生命健康，开展前瞻性、战略性、前沿性高水平创新研究，促进医...
合成生物技术全国重点实验室坚持“四个面向”，以“合成生命、设计生命”为使命，致力于基因组设计合成、人工细胞设计构建、DNA数字信息存储关键原理与方法的原创性、引领性突破，创新基因组设计与构建的基础理论和核心技术，实现人工细胞设计构建的智能化自动化，建立合成生物技术体系。不断提升合成生物和生物制造原始创新能力，突破工业菌株、工业酶和仪器试剂“卡脖子”瓶颈，打造合成生物原创引领、卓越人才培养、概念验证...
实验室前身是化学工程联合国家重点实验室，是化工领域首个国家重点实验室，已有37年成功的联合经验，汇集了我国反应工程、分离工程、微化工等方向的最强研究力量，是过程强化理论与低碳技术创新的“特长生”，产出了一批有重要国际影响的成果，获国家科技奖励34项。
智能传感功能材料全国重点实验室由中国有研科技集团与天津大学联合共建，是我国智能传感领域唯一聚焦材料科学的国家级重点实验室。实验室面向国家重大战略需求与高端制造产业发展，瞄准智能传感器灵敏度、选择性和稳定性等关键科学问题，重点开展电磁波传感功能材料、生化传感功能材料及传感功能维持材料的应用基础研究，致力于构建智能传感材料体系化解决方案，推动传感技术原始创新与产业应用深度融合。实验室依托天津大学"有...
绿色合成与转化教育部重点实验室主要依托天津大学化学工艺学科而建立，实验室现有固定人员50人，流动人员36人，包括中国工程院院士1名，国家杰出青年基金获得者5人、优秀青年基金获得者4人、青年长江学者1人；拥有 2个科技部创新团队、1个教育部创新团队，已形成以院士、杰青等为学术带头人的结构合理的人才梯队。实验室在传承发展石油化工的基础上，瞄准与国民经济、社会发展及国家安全相关的重大科技问题，聚焦国际绿色化学发展的前沿，开展与能源、资源的高效转化与清洁利用相关的创新性应用基础研究，形成了优势显著、特色鲜明的三个研究方向。
光电信息技术教育部重点实验室(天津大学)是教育部首批建设的38个重点实验室之一。该实验室始建于上世纪90年代，依托于国家重点一级学科——天津大学光学工程学科。实验室拥有光学工程一级学科硕、博士学位授予权以及光电子与光子学技术二级学科硕、博士学位授予权，还设有光学工程博士后流动站。
天津大学智能电网教育部重点实验室是国内电气工程领域重要的研究实验基地，它依托我校电力系统及其自动化这一国家重点学科建设。实验室的前身是建设于上世纪五十年代的天津大学电力系统动态模拟实验室。经过半个多世纪的建设，已从原先单一的电力系统动态模拟实验室发展成面向智能电网发、输、变、配、用等各个环节的综合实验室。