分子科學與工程專業培養適應國家發展需要的，具有良好人文素質和寬廣深厚的化學、化工基礎，具有較強的創新意識、基礎科學研究能力和功能性化學新產品研發與產業化能力，德、智、體、美全面發展的復合型高素質人才。
開設思路，該專業的基本辦學思路是：（1）發揮優勢：即結合南開大學化學學科的優勢和天津大學化工學科的優勢；（2）突出創新：該專業既不同于傳統的化學、化工類專業，更非化學與化工專業的簡單加和，它注重用分子層次的理論和知識解決化學以及相關的環境、材料和生命科學的問題，同時立足于國家亟待發展的功能性化學新產品研究、開發與產業化的需求，優化化學與化工教學內容，增添新的交叉學科知識；（3）培養高層次人才：即培養適應國家發展需要的，具有良好人文素質和寬廣深厚的化學、化工基礎，具有較強的創新意識、基礎科學研究能力和功能性化學新產品研發與產業化能力，德、智、體、美全面發展的復合型高素質人才。
分子科學與工程專業主干課程，化學類課程：無機化學，有機化學，分析化學，物理化學，結構化學，儀器分析與技術，生物化學，高分子化學，高分子物理，高等無機化學，高等有機化學，無機材料化學；
化工類課程：化工原理，化工熱力學，化學反應工程，綠色化學工藝學，化工設計，生物化工，化工分離工程，環境化工，化工安全與環保，功能材料物理性能，功能高分子材料，藥物分析，材料物理性能、材料結構分析等。
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