化学の研究成果を工学に応用する学問です。物質の“つくり”や“はたらき”を研究する点では、理学系統の化学と同じですが、化学の実験室で見つかった新しい物質や、既存の物質の新しい機能を工業の合成プロセスに結びつけ、実際に人の役に立つ技術を生み出すための工学ジャンルといえます。
　具体的には、物質に含まれる原子や分子、イオン、電子といった粒子の動きを制御して、新しい物質の性質を発現させる（“物質をデザインする”）こと、さらに、その性質をもつ物質を実際に工業プロセスの中で創り出すことができるのかを、試行錯誤を繰り返して確かめることが中心的なテーマとなります。
　「工業化学」「化学工学」とも呼ばれるように、化学工業を支える学問分野となっており、研究スタイルには、物質の合成方法や工場での製造法などの工業プロセスを重視するという特徴があります。

　応用化学では、化学反応によって物質を変換し、プラスチック、金属、繊維など、自然界には存在しない新しい性質や機能をもった物質を創り出すことが最大の目的です。また最近は、軽量で多くの電気を蓄えられる新しい電池、光を当てることにより、有害物質を分解したり殺菌する効果をもつ光触媒の開発など、「環境」をテーマにした研究も盛んになっています。
　「無機化学工学」「有機化学工学」「食品工学」の３部門から構成されます。無機化学工学は、酸とアルカリ、セラミックス、ガラスなどを扱います。有機化学工学の扱う範囲は幅広く、合成繊維、プラスチック、合成ゴム、合成皮革などの「高分子」のほか、染料や塗料、油脂、農薬などの「低分子」、および石油や石炭といった燃料までが対象となります。食品工学は、乳製品や醸造品、菓子など、主に工場で生産される食料品を対象とします。農学系統の農芸化学とも関連の深い領域です。

　基礎課程では、まず化学の基礎となる「無機化学」「有機化学」「物理化学」「分析化学」という４部門をじっくりと学びます。講義科目と演習、実験科目により、基本的な概念と理論を理解するとともに、実践的な研究技法を身につけます。また、数学や物理学の基礎も重要な学習項目となります。
　専門課程で学ぶ内容には、基礎研究から新しい技術を開発するもの、高度な化学的分析手法に関するものなど、多彩な科目が含まれますが、扱う対象によって上記４部門のいずれかに分類することができます。
　まず無機化学・物理化学系としては、「量子化学」「電気化学」があります。量子化学は、ミクロなレベルでの物理法則である量子論と統計力学を元に、分子の化学結合または同一原子・分子の集合体の構造を学ぶ科目、また電気化学は、物質の電気的な性質や、電気によって起きる化学反応について扱う科目で、いずれも基礎から開発までを扱います。

　有機化学系には、「高分子化学」「生物化学（生化学）」などの科目があります。高分子化学は、分子量が多く特殊な性質をもつ高分子物質の反応や合成を学ぶ科目、生物化学（生化学）は、生物の体内で起こる反応、あるいは生物分子のはたらきを利用した物質の合成法を学ぶ科目です。また、分析化学系では、環境に含まれる成分、有害物などの測定方法を研究し、環境保全技術を開発する「環境化学」があります。
　応用化学では、そのほかに化学工業の生産プロセスに関する科目も、重要な履修項目となります。化学反応の過程や、促進・抑制する触媒について研究する「触媒化学」「反応工学」「分離工学」、化学工場における製造工程や、工業機材、プラントについて学ぶ「化学工学」があります。さらに、工業化学法、品質管理、工業法規など、化学工業の現場で必要となる知識を幅広く学ぶのが、一般的な学習スタイルです。