Os Doutoramentos (3º ciclo de estudos) são uma base essencial da investigação científica realizada no DQB. O grau académico de "doutor" é obtido mediante a produção de conhecimento, ou seja o candidato ou candidata tem que desenvolver, de forma original, um tema que normalmente lhe é proposto por um orientador científico. Esse trabalho, que dura 3 ou mais anos, dá origem a uma tese e a artigos científicos publicados em revistas da especialidade.

O DQB tem mais de 100 estudantes de doutoramento, em várias áreas da Química e da Bioquímica.