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，致力于开展前瞻性、战略性、前沿性高水平创新研究，促进医学与材料科学、生物学、信息学、电子技术的交叉融合，在先进医用材料与组织再生、人机交互共融、高端医疗装备等方向发展创新理论体系和技术方法，解决国家医疗器械自主化战略难点，培养高层次、国际化的高水平科研团队，推动实现医用级原材料和医疗器械的全面国产化，力争成为医用材料和医疗器械领域具有重要国际影响力的学科引领中心、产业创新中心、人才培育中心和成果转化中心。
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、中试熟化和成果转化高地，建成我国核心战略科技力量。
化学工程与低碳技术全国重点实验室立足学科前沿，面向低碳战略，聚焦微化工技术与流动化学过程、化工反应和分离过程强化、低碳智能化工制造系统三个方向，致力于化学品高效安全制造的微化工技术、聚合物反应过程强化和调控技术、二氧化碳低碳捕集与利用技术、多能驱动的化工过程强化技术、低碳智能化工系统构建攻关研究，深入揭示微纳尺度反应和传递的科学原理，阐明低碳化工过程的动态特性与调控机制，拓展化学工程学科边界，引领过程强化理论和技术发展，成为国际领先的科创策源地和低碳化工领域的国家战略科技力量。
智能传感功能材料全国重点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。实验室致力于打造成为具有全球影响力的智能传感材料创新策源地，为我国实现高端传感器自主可控提供科技支撑。
贵金属功能材料全国重点实验室聚焦我国贵金属资源匮乏及关键对外依存度高的问题，主要研究方向包括贵金属功能材料的智能化、减量化、资源化。重点攻关贵金属特种功能材料、催化功能材料的制备、优化及循环利用等关键技术，推动贵金属材料的自主保障，为我国贵金属产业的自立自强和科技发展提供关键技术支撑。
高性能轧辊材料与复合成形全国重点实验室聚焦我国高端制造领域对高性能轧辊的重大需求，聚焦超耐磨轧辊材料制备与大尺寸多层级复合成形，攻克超耐磨宽幅轧辊强韧化协同难、大尺寸多层级精准复合控制难、正向设计与全周期性能预测难等瓶颈难题，致力于打造我国轧辊领域战略科技力量，为国家建设提供钢铁及有色金属加工方案。
智能配用电装备与系统全国重点实验室面向“大规模新能源消纳、高可靠供电与能效提升”国家重大战略需求，聚焦“配用电装备全生命周期服役特性演进与可靠性提升”和“配用电系统分层分区时空能量平衡与运行模式重塑”两大科技问题，布局配用电装备与系统设计理论及方法、能效提升与可靠性增长、柔性互联与智能协同、分布式智能电网资源聚合与源荷互动四项重点任务，旨在实现从理论、到装备、到集群、再到系统的全链条科技创新，为我国配用电装备可靠性提升、新能源接纳能力增强、综合能耗降低提供坚强技术支撑。