A arquitetura de investigação na Faculdade de Ciências é complexa, tanto na relação entre unidades e departamentos da FCUL, como no envolvimento de inúmeras outras faculdades e institutos de investigação.
A investigação está organizada em unidades de investigação, com diferentes designações: centros, laboratórios e institutos. Estas unidades associam investigadores de diversos departamentos da Faculdade e incluem ainda muitos investigadores (cerca de 30%) de outras Universidades portuguesas ou estrangeiras.
A grande maioria destas unidades faz parte do sistema de centros de I&D financiados e avaliados pela FCT.
Diversos investigadores da FCUL estão ainda integrados em unidades de I&D associadas a outras faculdades e instituições, embora realizando - na maior parte dos casos - a sua investigação nas instalações da FCUL. É o caso das unidades CEFEMA, GREEN-IT, IGC, MOSTMICRO, IMM, IT e INESC-ID.
As unidades de I&D da FCUL atuam em áreas temáticas diversas e algumas são de natureza interdisciplinar.
- Centro de Análise Funcional, Estruturas Lineares a Aplicações (CEAFEL-Ciências)
- Centro de Astrofísica e Gravitação (CENTRA-Ciências)
- Centro de Ciências do Mar e Ambiente (MARE)
- Centro de Ecologia, Evolução a Alterações Ambientais (CE3C)
- Centro de Estatística e Aplicações da Universidade de Lisboa (CEAUL)
- Centro de Estudos do Ambiente e do Mar (CESAM-Ciências)
- Centro de Filosofia das Ciências da Universidade de Lisboa (CFCUL)
- Centro de Física Teórica e Computacional (CFTC)
- Centro de Matemática, Aplicações Fundamentais e Investigação Operacional (CMAFcIO)
- Centro de Matemática Computacional e Estocástica (CEMAT-Ciências)
- Centro de Química Estrutural (CQE-Ciências)
- Centro Interuniversitário de História das Ciências e da Tecnologia (CIUHCT)
- Computer Science and Engineering Research Centre (LASIGE)
- Grupo de Física Matemática (GFM)
- Instituto de Astrofísica e Ciências do Espaço (IA)
- Instituto de Biofísica e Engenharia Biomédica (IBEB)
- Instituto de Biossistemas e Ciências Integrativas (BioISI)
- Instituto Dom Luiz (IDL)
- Laboratório de Instrumentação e Física Experimental de Partículas (LIP)