计算机系目前设有智能技术与系统国家重点实验室、人机交互与媒体集成研究所、计算机网络技术研究所、高性能计算研究所和计算机软件研究所五个研究所/重点实验室，面向学校的教学工作还成立了教学实验室和基础教学部。

随着计算机技术的发展，计算机系与政府、众多企业、高校联合成立了多个研究中心，包括普适计算（教育部）重点实验室、媒体与网络技术教育部-微软重点实验室、可视化媒体智能处理与内容安全北京市高等学校工程研究中心、清华大学密码理论与技术研究中心、清华大学-滑铁卢大学互联网信息获取联合研究中心、清华大学-新加坡国立大学下一代搜索技术研究中心、清华大学-搜狐搜索技术联合实验室、清华大学-HP多媒体联合实验室、清华大学-腾讯互联网创新技术联合实验室。

为了进一步推动计算机技术的发展，计算机系还建立了系级的研究中心。