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===工学部===
本学部最显明的特征是研究生教育十分发达，教学与研究并重，设有17个研究科，227个专业讲座，读博士前期课程658人，后期课程576人，为日本大学中屈指可数的研究生教育机构。学部中有早已闻名的材料强度研究室、抗震结构实验设施、燃烧限界实验室，为地震预防、新材料 <ref>[https://www.sohu.com/a/272482558_696119 二十大未来最有潜力的新材料 战略性新兴产业]，搜狐，2018-10-31</ref> 研制、节约使用燃料和新能源开发的研究提供有利条件。
全校所属的研究所与研究中心中，大部分均承担着国家重大课题的研究，并已做出显著的成绩。比如金属材料研究所，被称作日本的“钢都”。选矿冶炼研究所是国内大学第一个所属的该种类型研究所，在世界上也是独一无二的，吸引了各国学者来此进修和共同研究。抗震菌病研究所，在癌的研究方面条件优越，为癌细胞的保存，癌细胞学的开发和研究提供了理想的场所。科学计测研究所在太阳能的开发利用方面有悠久的历史，早在1961年就建成了集光精度为世界第一的性能优越的太阳炉。还有，高速力学研究所在流体力学、非水溶液化学研究所在硝酸化学方面研究成果层出不穷，经常举办国际会议，为国内外人士所赞誉。遗传学研究中心、大型计算中心为全国共同利用设施，后者为适应东北地区需要，引入世界最新性能的计算机，具有650个终端，已与其它大学情报处理中心接通。低温中心的超导研究正生机勃勃地开展。加速器与放射性同位素两中心有机地结合在一起，是与其它单位不同的地方。超高压电子显微镜室有100万伏特的电子显微镜和配套齐全的真空蒸发电子包埋等辅助装置，许多研究成果在国际会议上发表，并设立了在该项研究上取得卓越成果获得者小川命名的奖励金制度。
===理学部===
由东北大学初创时的理科大学发展而来，在东北大学中占核心地位，有“理科的东北”之称。现共有11个学科、63个讲座、5个附属研究所、16个教育研究设施，为日本国立大学中理科学科最多的学部。现校属的金属材料研究所和科学计测研究所就是从理学部独立出去的。附属植物园，面积有455280平方米，自然生态条件优越，有自仙台筑城400年来保护得很好的枞树天然林，作为学术研究的原生林，1972年被定为自然保护区。园内栽培有从世界各地来的杨柳科植物200种1000株。木材有香名誉教授对杨柳科的分类颇有研究，他收集了该科标本7万件。园内还有自生的羊齿类植物666种，为农学部、教养学部以及国外学者进行教学和研究的理想基础。对地震、火山的预测研究，早在1952年以前就在青叶山设有地震观测所，20年后又设立了地震预报观测中心，1987年两所合并附属地震预报、火山喷发预告观测中心，为该地区最大的同类机构。原子核的物理学研究，1963年就建成了最高能量3亿电子伏特的研究装置，其主装置的最高光束通过电功率50千瓦，供校内外单位共同使用，深得国内外好评。基本粒子研究也是东北大学一个重要研究领域，从1965年起就采用泡箱照片解析方法，同国外高能物理研究所合作，进行教学和研究工作。现附属泡箱照片解析设施，已成为世界中微子、粲子等新粒子研究中心。超高大气层物理学 <ref>[https://www.sohu.com/a/120843949_472787 一张物理学地图 ！带你了解整个物理学！]，搜狐，2016-12-06</ref> 研究，通过各种观测、解析、计算机控制的手段，采用卫星、火箭、地面观察所得数据，开展对地球及各行星超高大气层环境综合研究，解释极光及有关物理现象，探索大气层、陆地、海洋、北极圈、生物圈等等气候系统构成的复杂原因及作用机理。
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