計算機系目前設有智能技術與系統國家重點實驗室、人機交互與媒體集成研究所、計算機網絡技術研究所、高性能計算研究所和計算機軟件研究所五個研究所/重點實驗室,面向學校的教學工作還成立了教學實驗室和基礎教學部。

隨著計算機技術的發展,計算機系與政府、高校、眾多企業聯合成立了多個研究中心,包括普適計算(教育部)重點實驗室、清華大學媒體與網絡技術教育部-微軟重點實驗室、網絡多媒體北京市重點實驗室、可視媒體智能處理與內容安全北京市高等學校工程研究中心、清華大學密碼理論與技術研究中心、清華大學大規模在線教育研究中心、清華大學高性能計算研究中心、清華大學-滑鐵盧大學互聯網信息獲取聯合研究中心、清華大學—悉尼科技大學量子計算與人工智能聯合研究中心、清華大學-三星智能媒體計算聯合實驗室、清華大學-新加坡國立大學下一代搜索技術研究中心、清華大學-搜狐搜索技術聯合實驗室、清華大學-HP多媒體聯合實驗室、清華大學-騰訊互聯網創新技術聯合實驗室、清華大學—同方股份有限公司計算機系統結構聯合研究中心、清華大學天工智能計算研究院、清華大學(計算機系)北京阿爾山金融科技有限公司區塊鏈技術聯合研究中心、清華大學(計算機系)—中國工程院中國工程科技知識中心“知識智能聯合研究中心”、清華大學(計算機系)—北京世紀好未來教育科技有限公司智能教育信息技術聯合研究中心、清華大學-內蒙古和林格爾新區產業發展有限公司分布式數據處理系統聯合研究中心、清華大學(計算機系)網絡空間治理研究中心。

為了進一步推動計算機技術的發展,計算機系還建立了系級的研究中心。

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