Рассматривается модель виртуальной среды (виртуальной научной лаборатории) для организации сетевой коллективной работы при проведении вычислительных и лабораторных экспериментов с удаленным доступом. Виртуальная среда представляет собой специализированную конфигурацию программно-аппаратных вычислительных комплексов – специализированных виртуальных кластеров. Вычислительный (виртуальный) эксперимент реализуется методом математического моделирования изучаемого объекта на основе его физической модели, отражающей существенные свойства объекта, проявляемые им в различных экспериментальных условиях. Дается описание высокопроизводительной информационно-вычислительной инфраструктуры Национального исследовательского Томского государственного университета для создания виртуальных научных лабораторий и организации совместных научных исследований с применением технологий "облачного сервиса". В качестве иллюстрации облачного сервиса приводится характеристика специализированных информационных систем: высокопроизводительной медицинской информационной системы для оперативной обработки изображений биологических объектов, трехмерной реконструкции и визуализации их внутренней структуры с использованием ресурсоемких вычислительных алгоритмов; интегрированной геоинформационной системы для мониторинга и прогнозирования природных ресурсов растительного и животного мира Томской области.