Tübingen ist einer der weltweit führenden Standorte in den Neurowissenschaften. Gemeinsam mit der Translationalen Immunologie und Krebsforschung, der Mikrobiologie und Infektionsforschung sowie der Molekularbiologie der Pflanzen prägen sie den Tübinger Forschungsschwerpunkt im Bereich der Lebenswissenschaften. Weitere Schwerpunkte sind die Geo- und Umweltforschung, Archäologie und Anthropologie, Sprache und Kognition sowie Bildung und Medien. 13 Sonderforschungsbereiche, sechs DFG-geförderte Graduiertenkollegs, drei Humboldt-Professuren sowie mehr als 200 vom Europäischen Forschungsrat geförderte Projekte sind Ausweis Tübinger Exzellenz.
In Tübingen haben sich zahlreiche außeruniversitäre Forschungsinstitute angesiedelt, mit denen die Universität kooperiert. Darunter sind vier Max-Planck-Einrichtungen, vier Nationale Gesundheitszentren der Helmholtz-Gemeinschaft sowie zwei Leibniz-Institute. Im Jahr 2016 wurde gemeinsam mit den externen Kooperationspartnern der Tübingen Research Campus gegründet.