O Instituto de Química da Unicamp possui sete grandes linhas temáticas de pesquisa, dentro das quais há ainda diversas subáreas de atuação. As linhas temáticas são:
- Bioquímica, química biológica, biotecnologia e biomoléculas
- Catálise, biocatálise, energia e sustentabilidade
- Desenvolvimento e aplicações de ferramentas analíticas e bioanalíticas
- Sínteses químicas para a avaliação de novas reatividades e propriedades
- Espectroscopia e espectrometria
- Química teórica, computacional e educação
- Química de materiais, coloides e nanotecnologia
Os projetos de pesquisa do Instituto de Química são desenvolvidos em laboratórios de pesquisa coordernados pelos docentes que são vinculados a um dos quatro departamentos: Química Analítica (DQA), Físico-Química (DFQ), Química Inorgânica (DQI) e Química Orgânica (DQO).
A equipe dos laboratórios de pesquisa geralmente é composta pelo coordenador docente, pesquisadores em pós doutorado, pesquisadores colaboradores e visitantes, funcionários majoritariamente técnicos em química, pelos discentes de pós graduação que desenvolvem seus projetos de mestrado e doutorado, discentes de graduação em iniciação científica ou em serviços de permanência estudantil, dentre outras possibilidades de vínculo.
O IQ possui também a Coordenadoria de Pesquisa e uma equipe administrativa que compõe a Secretaria de Apoio à Pesquisa (SAP) e Escritório de Apoio Institucional ao Pesquisador (EAIP), que é um setor executivo da Coordenadoria de Pesquisa.

