华中科技大学研究生院拥有众多国内外顶尖科研机构，其中包括国际科研中心1个，以及与欧洲合作的中欧清洁与可再生能源学院。在国家级科研机构方面，学校共计32个，其中包括1个国家实验室——武汉光电国家实验室（筹备中），1个国家科学中心和1个脉冲强磁场科学中心（筹备中）。此外，还有5个国家重点实验室，涵盖了激光技术、煤燃烧、材料成形与模具技术、数字制造与装备技术以及强电磁工程与新技术等领域。
国家专业实验室方面，学校设有新型电机和外存储系统两个专业实验室，以及1个国防重点实验室和1个多谱信息处理国防重点实验室。在国家工程（技术）研究中心，学校参与了激光加工、数控系统等多个中心的研发。另外，还有国家纳米药物工程技术研究中心等国家海外高层次人才创新创业基地。
学校与教育部合作的实验室有13个，涵盖了智能制造技术、图像信息处理与智能控制等多个领域。住建部和卫生部的实验室也各有一个，涉及给排水和器官移植、呼吸系统疾病等。在中医药领域，有4个中医药科研三级实验室，研究病理生理、骨代谢等。环保部重点实验室专注于环境保护与健康，教育部工程研究中心则聚焦于敏感陶瓷、电力安全利用等技术。
此外，还有教育部研究中心和网上合作研究中心，分别关注制造技术国际标准、磁约束核聚变以及煤燃烧等领域。部级研究中心包括计算机网络、高性能计算中心等。湖北省的重点实验室和工程技术研究中心分别涵盖了引力与量子物理、纳米药物等多个前沿领域。光电测试技术服务中心为湖北省科技基础条件提供支持。
在人文社科方面，学校设有多个重点研究基地，如院校发展研究中心和农村健康服务研究中心。博士后科研流动站覆盖了众多学科，包括理论经济学、教育学等31个领域。
华中科技大学从1961年开始招收研究生，经国家批准，华中科技大学于1984年4月试办研究生院（共22所），并于1996年2月首批被批准正式成立研究生院（共10所）。目前拥有哲学、经济学、法学、教育学、文学、历史学、理学、工学、农学、医学、管理学等11大学科门类的研究生培养体系。