Το Πρόγραμμα Μεταπτυχιακών Σπουδών του Τμήματος Χημείας προσφέρει υψηλού επιπέδου μεταπτυχιακή εκπαίδευση σε έντεκα ειδικεύσεις οι οποίες καλύπτουν ένα ευρύ φάσμα βασικών και εφαρμοσμένων πεδίων της σύγχρονης Χημείας: Ανόργανη Χημεία και Χημεία Ανόργανων Υλικών, Κβαντική και Υπολογιστική Χημεία, Βιοχημεία, Οργανική Σύνθεση-Φυσικά Προϊόντα και Εφαρμογές, Χημική Ανάλυση-Βιοανάλυση, Χημεία και Έλεγχος Ρύπανσης του Περιβάλλοντος, Χημεία Υλικών, Χημική και Περιβαλλοντική Τεχνολογία, Επιστήμη και Τεχνολογία Πολυμερών και Νανοσύνθετων Υλικών, Χημεία, Τεχνολογία και Έλεγχος Τροφίμων, Χημική Εκπαίδευση και Τεχνολογίες Πληροφορικής και Επικοινωνίας. Εκπαιδευτικό αντικείμενο του προγράμματος είναι η θεωρητική και πρακτική κατάρτιση των φοιτητών σε θέματα της ειδίκευσης τους και η εισαγωγή στην έρευνα. Τα δύο πρώτα εξάμηνα οι φοιτητές υποχρεούνται να παρακολουθήσουν και να εξεταστούν με επιτυχία σε μαθήματα τα οποία πιστώνονται με 60 ΕCTS συνολικά. Στο τρίτο εξάμηνο οι φοιτητές εκπονούν Μεταπτυχιακή Διπλωματική Εργασία ερευνητικού χαρακτήρα η οποία πιστώνεται με 30 ΕCTS. Συνολικά απαιτείται η συμπλήρωση 90 ΕCTS και διάρκεια φοίτησης 3 εξάμηνα.
Σκοπός του προγράμματος είναι η δημιουργία εξειδικευμένου επιστημονικού δυναμικού για στελέχωση τόσο της έρευνας όσο και της παροχής υπηρεσιών σε τομείς μοχλούς για την οικονομική ανάπτυξη . Χώροι στους οποίους απαιτούνται και μπορούν να αξιοποιηθούν οι εξειδικευμένες γνώσεις των αποφοίτων του Π.Μ.Σ. είναι η Χημική Βιομηχανία, η Βιομηχανία Τροφίμων, η Φαρμακευτική Βιομηχανία, η Δημόσια Διοίκηση, η Εκπαίδευση, οι Δημόσιοι Οργανισμοί και Υπηρεσίες, το Γενικό Χημείο του Κράτους, Νοσοκομεία, Αναλυτικά Εργαστήρια κ.λ.π.
Επιπλέον της βασικής γνώσης στην ειδίκευση τους οι απόφοιτοι αποκτούν ικανότητα κριτικής και αυτοκριτικής, την ικανότητα να αναζητούν να αναλύουν και να συνθέτουν δεδομένα και πληροφορίες, να εργάζονται αυτόνομα ή σε ομάδες, να παράγουν νέες ιδέες, να προάγουν την ελεύθερη παραγωγική και επαγωγική σκέψη.