学院现有六个二级学科，其中四个为国家重点学科。学院正在积极参与“南京微结构国家实验室”筹建工作，拥有配位化学国家重点实验室、介观化学教育部重点实验室、生命分析化学教育部重点实验室、国家863计划新材料MO源研究开发中心、江苏省表面和界面化学工程技术研究中心以及南京大学配位化学研究所、亚微观固态化学研究所、分析科学研究所、应用化学研究所、理论与计算化学研究所、化学生物学研究所、药物化学研究所、高分子工程材料研究中心和分离工程研究中心等科研单位。学院是全国最早批准的化学一级学科博士授权点单位和国家最早设立的“基础学科（化学）人才培养基地”之一。 

无机化学主要科研方向

功能配合物     主要研究内容有：通过分子设计，将合成化学、物理、材料科学相结合，探索新型分子基磁性材料、导电材料、非线性光学材料、光开关、能量储存和转换、手性分离等材料。

生物无机化学     主要研究内容有：研究金属蛋白、金属酶的结构及其模拟与识别；探讨无机药物分子的设计及生物传感器的设计与应用。

配位超分子化学     主要研究内容有：利用配位键的方向性和多样性，通过特殊超分子体系的构建，将分子识别和交换组装等功能与光电和生物等功能结合，为超分子器件的发展提供模型与方法。

纳米配位化学     主要研究内容有：着重研究有序纳米材料的控制合成与组装，探索新的合成方法，研究纳米材料的结构、性能及其应用。

金属有机化学     主要研究内容有：研究含碳、磷、硼金属有机功能分子的组装和高纯金属有机化合物的研制，新型金属有机化合物的反应性及应用性。

分析化学主要科研方向

南京大学分析化学学科以“生命分析化学教育部重点实验室”为依托，以电化学分析、生化分析和环境分析为基础，瞄准国家目标和学科前沿，将研究拓展到生命科学和材料科学等前沿交叉领域。

纳米生物电分析化学

生物分析化学

功能纳米材料分析化学

表界面分析与分子识别

环境和药物分析化学

有机化学主要科研方向

有机合成化学     主要研究内容有：发展新型有机合成试剂及有机合成反应，注重高选择性、符合原子经济、以及绿色化有机转化过程研究，主要包括新型手性试剂的设计和在手性合成中的应用、光化学、杂环化学和微波化学。

金属有机化学     主要研究内容有：设计和合成用于先进电子信息技术和国防高科技研究的MO源化合物，并以MO源研究中心为依托, 开发和研制具有光、电和磁性质的新材料；合成新型的金属有机化合物，并研究这些化合物在有机合成中的应用；富勒烯化学等。

有机超分子化学     主要研究内容有：设计和合成一些具有新颖结构的有机超分子化合物，研究这些化合物材料功能，或者在分子识别以及生命科学中的作用。

药物化学     主要研究内容有：设计合成新型药物，以及对天然药物进行结构修饰，并对其生理活性进行研究。

物理化学主要科研方向

南京大学物理化学专业的科研工作以理论与计算化学以及催化化学为基础，重点研究介观尺度体系的物理化学问题。主要有以下几个互相关联的研究方向：

理论与计算化学     主要研究内容有：致力开展介观体系和结构的理论化学研究，实现介观体系（如纳米材料和生物大分子等）的精确量子化学计算。如碎片法。密度矩阵重整化群方法应用于长链共轭大分子体系等。

催化化学     主要研究内容有：固体催化剂表面分散化学，包括结构与性能关系研究。纳米尺度催化新材料的合成、组装与性能研究。催化剂的应用研究等。

介观材料化学     主要研究内容有：碳纳米管及III族氮化物等一维纳米结构的制备、表征、性能和原理型器件研究。氧化物一维纳米结构合成、表征及性能研究。

自组装分子膜化学     主要研究内容有：模拟研究生物膜的自组织特性和生物识别性能。组装功能各异的二维有序分子膜。构筑特殊功能的分子器件。设计组成分子，构建超分子聚集体。

应用沸石化学     主要研究内容有：开拓利用分子筛的超微空间，设计/合成新结构分子筛功能材料并应用于生命科学领域。选择性去除环境中亚硝胺的研究。

高分子化学与物理主要科研方向

根据高分子物理与化学学科的国内外研究现状和发展趋势，围绕推动我国的科技进步和经济建设这一主线，结合本学科点在科研、教学和应用开发等方面的基础，重点开展下面几个方向的研究：

高分子凝聚态物理     主要研究内容有：高分子溶液，高分子结晶，多组分高分子相结构，高分子理论及模拟等。

功能高分子     主要研究内容有：光电磁功能高分子，导电高分子，电活性高分子，功能高分子结构与性能模拟等。

生物大分子及医用材料     主要研究内容有：生物大分子合成化学，药物传输和影像材料，生物医用高分子等。

高分子表界面与工程材料     主要研究内容有：高分子表界面化学与物理，高分子涂层和粘合材料等。

应用化学主要科研方向

南京大学应用化学专业的科研以化学工程、化学的基本原理为出发点，围绕着应用这一核心理念，通过与材料、能源、医药等学科的交叉，展开化工过程材料与精细化学品、绿色化工过程、分子设计与化工过程模拟等3个前沿交叉领域的研究。

化工过程材料与精细化学品     主要研究内容有：分离塔器设备与塔内件、含特殊功能基团离子液体材料、油田开采用精细化学品、医药产品与医药中间体、膜分离材料、化工过程高性能催化剂材料、过渡金属氧化物微粒材料等的研究与开发。

绿色化工过程     主要研究内容有：重点研究用绿色化原则来改造传统化学反应与分离过程，包括废水处理中的高效与低能耗分离过程、酸气的吸收或吸附脱除绿色过程、膜分离过程、催化反应精馏过程、有机物的催化氧化过程、超临界二氧化碳流体分离与加工天然产物过程、基于离子液体绿色溶剂的分离与反应过程等，探索众多绿色化工过程的共性和特殊性。

分子设计与化工过程模拟     主要研究内容有：对化工过程中涉及的材料和化学品进行分子层面的量子化学计算、分子性质计算与预测、新型功能分子的设计等，对各种具体的化工反应与分离过程进行过程流程和工艺的模拟计算、流体相平衡的模拟与计算、及流体力学模拟与计算等。