NTU理学院College of Science (CoS) 成立于2007年，由三大院系组成：2002年成立的生物科学院（School of Biological Sciences）、2005年成立的物理与数学科学院（School of Physical and Mathematical Sciences）和最新于2015年成立的亚洲环境学院（Asian School of the Environment）。
生物科学院
生物科学院（SBS）的本科专业有药物化学和药理学、食品科学、结构生物医学、生物科学及心理学、生物医学科学及生物商学、生物医学和中医学双学位。生物医学和中医学双学位课程是与北京中医药大学联办。毕业生将获颁南大生物医学理学士荣誉学位以及北京中医药大学的医学中医专业学士学位。
研究生教育则专注于通过课程和实验室项目来培养科研人才，均为博士项目，其研究领域如下 所示。
生命科学理学硕士项目（M.Sc. Life Sciences）隶属教育学院，是为满足职业教师、理工科毕业生或者对生命科学感兴趣的人士专业知识提升的需求而设计的。课程内容不仅涵盖理论知识基础，同时注重学生必要的实验技能、动手能力的培养。项目课程设置多元化，从而能满足不同学术背景的人士的需求。学制1年。
物理与数学科学学院
物理与数学科学院(SPMS)设立于2005年，包含3个院系：化学与生物化学（Chemistry and Biological Chemistry）、数学科学（Mathematical Sciences）和物理及应用物理（Physics and Applied Physics）。
在化学专业的国际排名上，全球化学专业最好的大学中NTU排第四，QS世界大学化学学科排名中NTU排第九。
SPMS拥有超过100名教职工、250名全职研究员和25名行政人员，2000余名本科学生和350余名研究生。
SPMS学院提供的硕士项目有研究型化学硕士项目（M. Sc. Chemistry）、分析学硕士项目（M. Sc. Analytics）和金融科技硕士项目（M. Sc. Financial Technology）。
研究型化学硕士项目结合课程与科研，学生既需要完成课业要求，同时需要参与科研，但科研要求标准低于博士项目。学制1-3年。
分析学硕士项目旨在为硕士研究生提供分析学技巧方面的培训。学科内容涉及了多个学院，包括物理与数学科学学院、计算机工程学院 以及南洋商学院。学制1年。
金融科技硕士项目由物理和数学科学学院联合举办，课程以数据科学、人工智能和信息技术为基础，帮助学生掌握金融自动化（如智能投顾）和金融密码学（如区块链技术）等方面的领先技术。学制1年。
博士项目涵盖以下研究领域。
亚洲环境学院
亚洲环境学院（ASE）是一个年轻的跨学科学院，结合了地球环境科学、生态学、工程与技术、人类生态学、人类学和社会科学，致力于解决以东南亚为重点的气候变化、地质灾害、可持续发展和全球环境变化等环境问题。NTU环境研究在QS世界大学专业排名中为第14名。
ASE的本科课程结合实地考察、理论和实验室研究，为学生提供灵活的课程选择以及培养学生多方面能力。小型的规模实现了交互式教学环境，并且学生有机会获得海外交换经验。其专业有地球环境系统科学以及与公共政策和国际事务结合的双学位。
ASE的研究生项目只有博士项目，博士生需要修满6-8门课程并完成科研研究，以获得相关硕士学位的学生可减免一半的课程。学制4年，其研究领域如下。
招生情况
2019-2020学年，理学院共招收本科生3541名，授课型研究生84名，研究型研究生531名。其中硕博项目的具体情况如下。（三列数据分别对应授课型、研究型、单行总数）
薪资情况
理学院本科毕业生平均就业率在85%左右，其中数学与经济专业的就业率达到96.3%之高！毕业后每月工资中位数为S$3500左右。以下为2019年发布的NTU理学院本科毕业生薪资统计报告。
知名校友
Mr Lim Cheng Eng 林清荣先生
（理学院/1967年毕业班）
林先生从不吝于分享自己经商的心得与经验，积极参与各种公会组织与社区团体扶持同侪。其中包括新加坡中华总商会、新加坡中国商会和新加坡林氏大宗祠等。为表彰林清荣先生带领家族企业取得长足跃进，南洋理工大学颁予2018年南洋校友成就奖。
Mr Tan Sri Dato’ Lim Kuang Sia 林宽城先生
（理学院 / 1975年毕业班）
作为橡胶企业高产柅品Kossan Rubber Industries Bhd.的CEO，林宽城先生不仅通过科技创新带领公司屡创非凡巅峰，在社会慈善福利事业中其基金会也在教育、健康、环境和文化等方便做出巨大贡献。林宽城先生获得2018南洋校友成就奖。
Mr Zhang Yizhong Albert 张艺锺先生
（生物科学院/2010年毕业班）
张艺锺先生是南大孵化起步公司AiTreat 的创办人，这家公司以研发能进行传统按摩的机器人Emma而闻名，目前全球已有20间公司有意投资Emma 。张先生是2018南洋杰出青年校友奖的得主之一
Ms Annabelle Kwok Shi Min 郭诗敏女士
（数理科学院/2015年毕业班）
郭诗敏女士毕业后创办了两家公司：SmartCow专门制造企业级人工智能部署设备，和NeuralBay专门从事视觉分析的人工智能公司。她曾多次登上知名杂志报道，获得2018年《海峡时报》“新加坡年度人物”提名等荣誉，并在世界各地举行讲座。郭女士也不忘回馈社会，积极为“Make-a-wish”新加坡慈善组织提供志愿服务。郭女士获得2019南洋杰出青年校友奖。
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