在学科建设上，形成了以工为主、理工结合，经、管、文、法、教育等多学科协调发展的学科布局。现有57个本科专业，35个一级学科硕士点，27个一级学科博士点，21个博士后科研流动站。拥有一级学科国家重点学科7个（覆盖21个二级学科），分别是：光学工程、仪器科学与技术、材料科学与工程、建筑学、水利工程、化学工程与技术、管理科学与工程；此外有二级学科国家重点学科8个，分别是：流体力学、机械设计及理论、动力机械及工程、电力系统及其自动化、微电子学与固体电子学、通信与信息系统、检测技术与自动化装置、结构工程；二级学科国家重点（培育）学科2个，分别是：一般力学与力学基础、技术经济及管理；天津市重点学科27个。教育部学位与研究生教育发展中心公布的2012年学科评估（业界称为第三次学科评估）结果中，天津大学14个学科进入全国前10，较上一轮增加2个。8个学科进入全国前5，较上一轮增加1个。其中化学工程与技术学科再次蝉联全国第1，实现三连冠；管理科学与工程学科由上轮第8升至全国第2；仪器科学与技术、光学工程和建筑学等3个学科分别位居全国第3；船舶与海洋工程学科位居全国第4；水利工程和风景园林学等2个学科分别位居全国第5。

学校科研实力雄厚，始终聚焦国家重大战略需求、聚焦世界科技发展前沿，取得了丰硕的成果。有4个国家重点实验室，2个国家工程实验室，1个国家工程技术研究中心，3个国家工程研究中心，2个国家科技成果重点研究推广中心，1个国家文物重点科研基地，68个省部级重点实验室、工程（技术）中心、重大专项分中心、人文社会科学重点研究基地等科研基地（含8个参建天津市工程中心）。有国家创新研究群体1个，教育部创新团队8个，国防科技创新团队1个。十五以来，有35项成果获国家科技奖励，3项成果入选“中国高校十大科技进展”，415项成果获省部级科技奖励。科研经费实现了稳定和持续的增长，2012年科技经费总量18.08亿元。2012年，签订千万元以上大项目达到30项，获得国家自然科学基金资助319项，总资助额度达到21114万元，授权专利622项（其中发明540项）。2013年公布的2012年度科技论文统计中，我校被SCIE、EI、CPCI-S收录论文数分别为1626篇、1805篇、722篇，515篇论文被评选为表现不俗的论文。学校科技产业蓬勃发展，天津大学科技园是我国首批15个国家级大学科技园试点之一，通过了教育部、科技部的验收并正式授牌。
天津大学建校118年来，为祖国培养了20余万名高层次人才，为我国近代工业体系的创立和现代经济社会的发展做出了不可磨灭的贡献。革命先驱张太雷，经济学家马寅初，外交家王宠惠、王正廷，数学家秦汾，著名诗人徐志摩等无数先贤，“两弹一星”功臣吴自良、姚树人，香港实业家荣智健等均曾在这里秉烛夜读；著名法学家赵天麟、桥梁专家茅以升、机械学家刘仙洲、化工专家侯德榜、水利学家张含英、物理学家张国藩、教育家李曙森等知名学者都曾在此执鞭任教。据不完全统计，学校校友中有“两院”院士60余位，大学校长50余位。建国以来，学校培养了一大批高级领导干部，数百名国家特大型企业负责人和总工程师。特别引人注目的是，天津大学校友在2008北京奥运会场馆建设中成功“会师”：崔恺（中国建筑设计研究院奥运项目总指挥）、李兴钢（国家体育场——“鸟巢”中方设计主持人）、赵小钧（国家游泳中心——“水立方”中方总设计师）等十余位领军人物均为天津大学毕业生。
学校重视国际交流与合作，现有各类留学生1964人，来自120个国家和地区。与世界上34个国家和地区的153所高校、研究机构及公司签署协议。在海外成立了2所孔子学院，分别是斯洛伐克布拉迪斯拉发孔子学院和澳大利亚昆士兰大学孔子学院。
在世纪之初，学校制订了面向新世纪的总体发展目标和“三步走”发展战略：努力把学校建设成为世界知名高水平大学，并在本世纪中叶建设成为综合性、研究型、开放式、国际化的世界一流大学