مهندسی شیمی کاربرد علم، ریاضیات و اقتصاد در فرآیند تبدیل مواد خام به مواد باارزش‌تر یا سودمندتر است.
مهندسی شیمی عمدتاً در طراحی و نگهداری فرآیندهای شیمیایی برای تولید انبوه به کار می‌رود. به این بخش از مهندسی شیمی، مهندسی فرآیند گفته می‌شود. تفاوت شیمی
و مهندسی شیمی را می‌توان با یک مثال درباره آب پرتقال بیان کرد! یک
شیمیدان با کار در آزمایشگاه، راه‌های مختلفی را برای استخراج آب پرتقال
مطالعه و کشف می‌کند. ساده‌ترین راه شناخته شده برای این کار، دو نیم کردن
پرتقال و فشردن آن است. راه پیچیده‌تر، کندن پوست پرتقال، خرد کردن آن و
جمع‌آوری آب پرتقال است. شرکتی یک مهندس شیمی را استخدام می‌کند تا برایش
یک واحد تولید هزاران تن آب پرتقال در سال طراحی کند. مهندس شیمی همه
راه‌های موجود تولید آب پرتقال را مطالعه و ارزیابی اقتصادی می‌کند. با آن
که آبگیری دستی ساده‌ترین راه است، اما از لحاظ اقتصادی استخدام صدها نفر
برای این کار به صرفه نیست. بنابراین روشی ارزان‌تر انتخاب می‌شود. این
مثال نشان می‌دهد که ساده‌ترین روش آزمایشگاهی لزوماً اقتصادی‌ترین روش
تولید انبوه نیست.
فرآیندهای مجزایی که توسط یک مهنس شیمی به کار گرفته می‌شوند (مانند تقطیر، استخراج و ...)، عملیات واحد نام داشته و شامل واکنش شیمیایی، عملیات انتقال جرم، انتقال حرارت و انتقال اندازه حرکت هستند. این فرآیندها برای سنتز شیمیایی یا جداسازی شیمیایی با هم ترکیب می‌شوند.
سه قانون فیزیکی اساسی در مهندسی شیمی، اصل بقای جرم، اصل بقای انرژی و اصل بقای اندازه حرکت
هستند. انتقال ماده و انرژی در یک فرآیند شیمیایی با استفاده از موازنه
جرم و انرژی برای کل واحد، عملیات واحد یا بخشی از آن ارزیابی می‌شود.
مهندسین شیمی اصول ترمودینامیک، سینتیک واکنش و پدیده‌های انتقال را به کار می‌گیرند.
مهندسی شیمی نوین، گستره‌ای فراتر از مهندسی فرآیند را در بر می‌گیرد.
هدف اصلی مهندسی شیمی استفاده از دانش شیمی در خلق مواد و محصولات بهتر
برای دنیای امروز است. امروزه مهندسین شیمی علاوه بر فرآیندهای تولید مواد
اولیه پایه، بلکه در تو سعه و تولید محصولات باارزش و متنوع شرکت دارند.
این محصولات شامل مواد ویژه و کارآمد برای صنایعی همچون هوافضا، خودروسازی، پزشکی، صنایع الکترونیک، کاربردهای محیط زیست و صنایع نظامی است. به عنوان مثال‌هایی از این محصولات می‌توان به الیاف، منسوجات و چسب‌های بسیار قوی، مواد زیست‌سازگار و دارو‌های جدید اشاره کرد. امروزه مهندسی شیمی ارتباطی تنگاتنگ با علوم زیست‌شناسی، مهندسی پزشکی و اغلب شاخه‌های مهندسی دارد.
