南京大学建立了中国最早的现代科学研究实验室。截至2010年5月，南京大学共取得国家自然科学奖一等奖1 项，二等奖12项，名列大陆高校第一。

在最能反映基础研究水平的SCI论文榜上，发表论文数连续7年第一，被引用次数连续8年第一;在国际顶尖杂志《Science》和《Nature》发表的论文数全国第一。

截至2013年，南京大学的化学、物理、材料科学、地球科学、工程、环境、生态和临床医学均进入了全球研究机构排名的前1%，物理、化学是南京大学在全球学术界内最为活跃的研究领域。其最活跃的几个学科为：应用物理、凝聚态物理学、多学科材料学、多学科化学，以及无机化学和原子化学。按论文总数排名计算，南京大学化学排名最高，名列全球第20位;按总被引次数排名计算，同样是化学排名最高，在全球范围内排在第79位。南京大学在全球前1%研究机构中，论文总数排名184位，总被引次数排名429。

截至2013年7月，南京大学有37位博士的学位论文入选“ 全国优秀博士学位论文”、44位博士的学位论文入选“全国优秀博士学位论文提名论文”;南京大学有25部教材由教育部及国务院学位委员会办公室推荐为“全国研究生教学用书”。