清华大学基础分子科学中心在分子科学的多个研究领域开展基础性、创新性的科研工作。所开展的研究方向包括化学键能量的基础理论研究，以及新物质合成和反应规律研究。

基础分子科学中心目前开展的主要研究工作包括：

化学键能量学的基础研究：

关注化学键键能与结构的定量关系、惰性化学键活化及转化的机制与规律、质子耦合电子转移反应机理、反应热力学与动力学参数的关联等前沿领域，建立标准规范的基础热力学和动力学参数数据库，结合物理有机与人工智能算法开展化合物性质与活性精准预测研究；

新物质的合成和反应规律研究：

以反应活性中间体为核心，建立高时空分辨的反应中间体表征新方法，揭示其反应性基本规律，并在此基础上发展新的化学反应与催化模式，实现新型功能分子的高效合成；

能源相关分子的活化与转化研究：

关注太阳能转化及人工光合作用体系的构筑、生物质催化转化以及高效储氢系统的构筑及相关的基本科学问题。