Le doctorat est la phase finale de l'architecture harmonisée des études universitaires (système LMD). Cette formation par la recherche a une durée de 3 à 4 ans. Elle se termine par une soutenance de thèse.

Les titulaires d'un master peuvent s'inscrire dans une université pour effectuer des travaux de recherche afin d'obtenir le grade de docteur. La durée des travaux est au mieux de 3 ans. Un docteur en chimie a donc un niveau de formation Bac +8.
  
les débouchés professionnels sont possible soit dans l'enseignement supérieur (enseignant-chercheur ou chercheur) et les établissements de recherche publique (tels que le CNRS, le CEA, l'INSERM, etc.), soit dans le secteur privé.