Laboratorium di Departemen Kimia terdiri dari laboratorium pendidikan dan laboratorium riset yang masing masing memiliki fungsi yang berbeda. Total terdapat 6 laboratorium di Departemen Kimia yang terdiri dari 1 laboratorium pendidikan dan 5 laboratorium riset. Satu laboratorium pendidikan yakni Laboratorium Kimia Fundamental, merupakan laboratorium yang berfungsi dalam mendukung proses pnedidikan (belajar dan mengajar) di Departemen Kimia. Laboratorium ini memfasilitasi seluruh praktikum klasik perkuliahan di Program Studi Sarjana (S1) Departemen Kimia. Dengan demikian, seluruh praktikum yang menunjang perkuliahan dilakukan di laboratorium tersebut dengan didampingi langsung oleh dosen mata kuliah yang bersangkutan dibantu oleh asisten praktikum dan laboran.
Sementara itu, 5 laboratorium riset di Departemen Kimia terdiri dari Laboratorium Instrumentasi dan Sains Analitik, Laboratorium Kimia Mikroorganisme, Laboratorium Geokimia Molekuler, Laboratorium Kimia Bahan Alam dan Sintesis serta Laboratorium Kimia Material dan Energi. Laboratorium ini memfokuskan fungsinya untuk melaksanakan riset (penelitian) di Departemen Kimia. Pelaksanaan penelitian tugas akhir (skripsi), tesis maupun disertasi mahasiswa dilakukan di laboratorium riset ini, walaupun tidak menutup kemungkinan pelaksanaan tersebut juga tetap didukung oleh Laboratorium Kimia Fundamental. Dengan demikian, mahasiswa Progam Magister dan Doktor merupakan anggota laboratorium riset sesuai dengan bidang penelitiannya.
Keanggotaan di laboratorium riset didasarkan pada kesamaan minat topik riset dosen dan grup penelitian terkait, bukan didasarkan pada bidang klasik kimia. Saat ini, 5 laboratorium riset di Departemen Kimia telah tersertifikasi Lab-Based Education oleh LPPM ITS. Lab based education (LBE) berarti bahwa laboratorium tersebut telah mengintegrasikan proses perkuliahan dengan riset/penelitian di laboratorium, dan sebaliknya, sehingga perkuliahan yang diselenggarkan di Dipartemen Kimia pun dapat mutakhir (update) sesuai dengan perkembangan riset dan ilmu pengetahuan terkini.