为打造我国自主创新的重要源头和原始创新的主要策源地，天津建设海河实验室，首批投入物质绿色创造与制造、现代中医药、先进计算与关键软件（信创）、细胞生态、合成生物学5家实验室，探索出了具有天津特色的建设模式和经验。
在运行机制上实施创新模式，细胞生态海河实验室实施“揭榜挂帅”机制，推动关键技术研发和企业融合攻关，吸引8家龙头企业已投入项目资金近2000万元；现代中医药海河实验室创新人事管理机制，遴选4名挂职副主任，实现承建单位和海河实验室履历和职称互认；合成生物学海河实验室按照“先定事、后定人”原则，采用“点名制”“挑战赛”“诺奖计划”等方式，通过人造蛋白肉仿真制造技术、DNA合成与人造生物等项目，已引进陈坚院士、杨焕明院士等团队；物创海河实验室建立市、区、校、企“四方共建”机制，以及学术咨询委员会、产业咨询委员会、管理委员会“三位一体”组织模式，充分发挥各界力量。
海河实验室建立“金融资本+龙头企业”多元投入机制，推动国开行天津分行、中国银行天津分行等金融机构与各海河实验室积极对接，为实验室量身定制“研发贷”“科研基建贷”等金融产品，截至目前，金融机构已向海河实验室提供近30亿元金融支持。海河产业基金、滨海产业基金等投资机构为海河实验室企业孵化提供资金支持，合成生物学海河实验室孵化的中合基因、美康食品2家企业已获得天津市高成长初创科技型企业直投基金1500万元支持。
此外，海河实验室引进孵化科技型企业，吸引聚集相关领域顶尖人才，支撑天津产业链高质量发展。目前，细胞生态海河实验室已引进辑因医疗、博今生物2家企业，孵化千寻知药、天海元祺、天海未来3家企业，与6家细胞和基因治疗领域企业达成入驻意向，持续补充完善天津市细胞与基因治疗产业上下游产业链；现代中医药海河实验室已孵化锦赛生物1家企业，为中药生产线提升智能化水平提供科技支撑；合成生物学海河实验室成功孵化了磐如生物、中科元生、中科新元、中合基因、美康食品5家科技型企业，推动实验室科研成果在津转化；信创海河实验室已引进新智感知、北极雄芯2家企业，与北京海鑫科金、北京零重空间技术等5家领域内企业达成引进意向，支撑全市信创产业链的生态体系建设；物创海河实验室已引进14位两院院士、国家杰青的高端人才60余人，形成300余人的科研队伍。
