2020年夏窗，24岁的蒂莫·维尔纳从莱比锡转会切尔西，转会费5300万欧元。此前一个赛季，他在德甲34场攻入28球。然而此后4个赛季，他合计仅进23球。
2020-21赛季：切尔西首季35场6球
加盟蓝军首个赛季，维尔纳出场35次，联赛打入6球。欧冠决赛关键助攻，但联赛进球效率大幅下滑。
2021-22赛季：21场4球，逐渐边缘化
第二季出场锐减至21场，仅入4球。图赫尔体系下，维尔纳丢失首发位置。
2022-23赛季：回归莱比锡27场9球
2022年夏窗重回莱比锡，德甲27场9球，数据略有回暖，但未复当年之勇。
2023-24赛季：21场4球，转投热刺
赛季中途加盟热刺，累计21场4球。在波斯特科格鲁阵中仍未找回射门靴。
2024-25赛季至今：12场0球
本赛季截至发稿，维尔纳为热刺出场12次，进球数为零。合同还剩一年半，未来成疑。