أعلن فريق توتنهام عن التعاقد مع تيمو فيرنر على سبيل الإعارة من نادي لايبزيج لنهاية الموسم مع خيار الشراء النهائي.في يوليو 2020، وقع تيمو مع تشيلسي وظهر لأول مرة في الدوري الإنجليزي الممتاز في سبتمبر 2020، ضد برايتون وهوف ألبيون، وسجل هدفه الأول مع البلوز في نفس الشهر. شارك في 89 مباراة مع تشيلسي، وسجل 23 هدفًا، وساعد الفريق في الفوز بدوري أبطال أوروبا 2020/21، وكأس السوبر الأوروبي في أغسطس 2021، وكأس العالم للأندية في فبراير 2022، خلال فترة وجوده في ستامفورد بريدج.