Les doctorats ès sciences (PhD), mentions biochimie et chimie, requièrent généralement 3 à 5 ans de recherche individuelle sous la direction d'un-e professeur-e de la Section de chimie et biochimie. Les candidat-e-s au doctorat doivent être porteurs d'un MSc en biochimie ou en chimie, ou d'un titre jugé équivalent, pour débuter leur thèse.
 
Il incombe aux candidat-e-s d'identifier le laboratoire hôte dans lequel ils/elles souhaitent entreprendre un doctorat. En cas d'accord mutuel entre le/la candidat-e et le/la professeur-e qui dirigera les travaux, les démarches administratives peuvent être entreprises pour débuter le doctorat.
 
Le PhD en biochimie peut être effectué à la Section de chimie et biochimie (biochimie fondamentale; Département de biochimie), ou dans les laboratoires de la Section de médecine fondamentale (biochimie médicale; Faculté de médecine). Dans ce dernier cas, les biochimistes doivent suivre une formation complémentaire en biologie médicale durant leur 1ère année de doctorat.
 
Le PhD en chimie peut être effectué à la Section de chimie et biochimie (dans les Départements de chimie minérale, analytique et appliquée, ou de chimie organique, ou de chimie physique), ou à l'extérieur de la Section (autre laboratoire de recherche universitaire; entreprise).
 
Dans tous les cas de doctorats extra muros, le/la responsable du laboratoire d'accueil qui supervisera le travail de recherche sera désigné-e codirecteur/trice de la thèse.
 
Le travail de doctorat doit porter sur un sujet expérimental ou théorique relié à un nouveau domaine de la biochimie ou de la chimie. Le doctorat implique la collaboration avec d'autres groupes de recherche en Suisse et à l'étranger, la participation active à des congrès et la rédaction de publications scientifiques.
 
Selon l'origine de sa rémunération, le/la candidat-e participera activement, en qualité d'assistant-e, à l'organisation et la supervision des travaux pratiques pour étudiant-e-s.
 
Le/la directeur/trice de thèse peut exiger que le/la candidat-e au doctorat suive des compléments d'études durant la 1ère année de recherche, selon sa formation. Le/la candidat-e au doctorat est astreint-e à un examen oral pré-doctoral portant sur le champ de la thèse. L'examen est acquis avec note ≥4.0 et peut être répété une fois seulement. A l'issue du travail de recherche, le candidat rédige sa thèse de doctorat, qu'il soumet pour évaluation aux membres du jury, puis la soutient publiquement, en vue de l'obtention du doctorat ès sciences.