在20世紀初，對化學工程的認識雖只限于單元操作，但卻開拓了一個嶄新的領域和出現了一些從事嶄新職業的化學工程師，這些化學工程師不同于以往的化工生產工作者，他們經歷過化學工程這一專門學科的訓練，故有能力使化工生產過程和設備設計、制造和操作控制更為合理，直到20世紀中葉，在單元操作和傳遞過程研究成果的基礎上，在各種反應過程中，如氧化、還原、硝化、磺化等發現了若干具有共性的問題，如反應器內的返混、反應相內傳質和傳熱、反應相外傳質和傳熱、反應器的穩定性等。

因此，化學工程的學科分支也可以分兩個層次：單元操作和反應工程較多地直接面向工業實際，傳遞過程和化工熱力學較多地從基礎研究角度，支持前兩個分支，通過這兩個層次使理論和實際得以密切結合，學生主要學習化學基礎、化工單元操作、化學反應工程、化工工藝與過程、化工優化與模擬等化工基本原理、研究方法和管理知識，受到化學與實驗技能、工程制圖能力、工藝設計方法、電子與電工技術、計算機應用、外語能力、科學研究方法的基本訓練。

它以物理學、化學和數學的原理為基礎，廣泛應用各種實驗手段，與化學工藝相配合，去解決工業生產問題，生產規模擴大和經濟效益提高的重要途徑是裝置的放大，節省投資，降低消耗，減少占地,節約人力，這種起源于放大過程的效應，長期以來被籠統地稱作“放大效應”，它包含了很多已查明或未查明的物理因素（或稱工程因素）的影響，化學過程是指物質發生化學變化的反應過程，如柴油的催化裂化制備高辛烷值汽油是一個化學反應過程。