实验室下设四个研究中心，每个研究组采用组长负责制。组长负责本研究组的研究领域、研究课题的组织、组织一般科研项目的申请，以及配合团队负责人组织大型科研项目的申请和跨课题组甚至跨团队之间的合作等方面的工作。

研究单元一：工业大数据核心技术研究中心

该实验室的研究内容主要包括：面向云计算环境的大规模工业大数据存储、管理与分析的共性基础技术和实现方法，该实验室共有固定研究人员6人，人员主要由清华大学信息学院教师和研究人员构成，实验室负责人为张力教授。

研究单元二：工业大数据系统研究中心

该实验室主要侧重于工业大数据系统研发以及大规模工业数据系统的工程方法，进行数据库核心引擎的研究与开发，包括：基于语义关联元数据的制造业非结构化数据管理引擎、图数据管理引擎、时序数据管理引擎、设计出按需融合的灵巧开放系统架，开发大数据系统运维辅助工具。该实验室共有固定研究人员5人，人员主要由清华大学信息学院教师和研究人员构成，实验室负责人为刘英博副研究员。

研究单元三：石化行业大数据应用基础技术研究中心

该实验室主要面向大数据在化工行业的应用研究，包括：计算分子设计、复杂反应网络优化、生产计划和调度、故障诊断和预警、智能报警管理等。该实验室共有固定研究人员5人，人员来自清华大学化工系，实验室负责人为赵劲松教授。

研究单元四：能源装备大数据应用基础技术研究中心

该实验室主要面向大数据在能源工业的应用研究，包括：煤质监测、火电机组关键设备及部件特性建模，火电机组测量数据不确定度降低，以及火电机组热力系统性能监测及运行优化。该实验室共设有固定研究人员5人，人员主要来自清华大学热能系，实验室负责人为李政教授。