Das Helmholtz-Gymnasium ist unter anderem für seine naturwissenschaftliche Arbeit bekannt, nicht zuletzt aufgrund der zahlreichen Pressemitteilungen im Zusammenhang mit Erfolgen beim „Jugend forscht“-Wettbewerb. Doch während „Jugend forscht“ wirklich was für echte Freaks (Forschen reaktiviert enorme außerschulische Kräfte) ist, können an anderen naturwissenschaftlichen Arbeitsgemeinschaften alle interessierten Schüler und Schülerinnen teilnehmen.
Es gibt eine Vielzahl von Wettbewerben, an denen sich unsere Schüler und Schülerinnen aller Jahrgangsstufen mit Erfolg beteiligen. So nehmen jedes Jahr alle Klassen der Jahrgänge 5 bis 10 am Känguru–Mathematiktag teil oder machen bei Mathematik-online mit.
Für das Fach Chemie bietet das Kölner Modell zweimal im Jahr den Wettbewerb „Chemie entdecken“, in dem alltägliche Phänomene unter die Lupe genommen werden. Oft findet der „Kick-off“ dazu schon im Chemieunterricht statt. Auch die Cornelsen Mathemeisterschaften sowie die lange Nacht der Mathematik unter dem Motto „Rechnen statt Schlafen“ gehören zum naturwissenschaftlichen Angebot der Schule.

Der eingeschossige naturwissenschaftliche Trakt des Helmholtz-Gymnasiums befindet sich in der hinteren, südöstlichen Ecke der Schule und verfügt über einen separaten Fluchtweg und mehrere Notausgänge. Er umfasst insgesamt 14 Räume. Darunter befinden sich im Fachbereich Chemie:

• zwei moderne, multimedial eingerichtete Fachräume mit je 30 für gängige Schülerexperimente geeigneten Arbeitsplätzen,
• ein Chemie-Labor mit drei Abzügen und 16 einzelnen Steharbeitsplätzen für die Oberstufe sowie die „Jugend forscht“-Projekte.
• ein Hörsaal mit Tafel und Leinwand.
• und ein gut ausgestatteter Vorbereitungsraum mit Abzug, Chemikaliensammlung und kleiner Fachbibliothek

• ein multimedial eingerichteter Biologie-Klassenraum mit 32 Plätzen,
• ein multimedial eingerichteter Biologie-Hörsaal für 32 Zuhörer,
• ein mit Computer und Fachgeräten ausgestatteter Experimentierraum mit 32 Arbeitsplätzen,
• und ein Vorbereitungsraum mit einem Vorrat an gängigen Chemikalien und Verbrauchsstoffen sowie einer Sammlung von Modellen, Präparaten, usw. und mit einer kleinen Bibliothek.

• ein multimedial eingerichteter Klassenexperimentierraum mit 30 Arbeitsplätzen.
• ein mit Computer und Fachgeräten ausgestatteter Stufenraum,
• ein Vorbereitungsraum mit einer guten Sammlung an physikalischen Messgeräten und Demonstrationsapparaturen,
• und ein neu eingerichteter moderner Technikraum für den Differenzierungsunterricht.