Die Chemie unterteilt man in organische, anorganische und physikalische Chemie. Alle chemischen Elemente werden im Periodensystem der Elemente (PSE) abgebildet.
Chemie, Chemikalien jeglicher Art sowie Stoffumwandlung im Allgemeinen lassen sich in den verschiedensten Industriezweigen finden. So sind Chemieingenieure nicht nur in den traditionellen Branchen wie der chemischen, petrochemischen und pharmazeutischen Industrie zu finden. Vielmehr ist der Einsatz branchenübergreifend, so dass sie in allen Bereichen zur Grundversorgung der Bevölkerung, von Energie über Lebensmittel bis hin zur Entsorgung, vertreten sind.

Als Hauptanwendungsgebiete der Chemie kann man nennen: Petrochemie, Kunststoffe, Lacke, Pflanzenschutzmittel, Düngemittel, Biochemie und Pharmazie.
So unterschiedlich wie die Branchen sind auch die Aufgabengebiete eines Chemieingenieurs. So kann eine Aufgabe die Optimierung eines Prozesses zur Verbesserung von Selektivität, Ausbeute und Umsatz sein. Zusätzlich ist es unabdingbar, dass Methoden zur Sicherung der Qualität des Produkts sowie zur Sicherstellung der Betriebssicherheit entworfen werden. Nur so ist es möglich, dass der aus der Synthese entwickelte Prozess sicher in einen Produktionsmaßstab überführt wird. Dieses so genannte Scale-up ist ebenfalls ein Aufgabenbereich. Dieser Schritt ist im Besonderen wichtig bei der Neuentwicklung von Produkten, um diese großtechnisch herstellen zu können.

Methoden zur Umsetzung solcher Ansätze sind die Bilanzierung der Stoff- und Energieströme sowie die Simulation der Prozesse und Reaktionen aufgrund von zuvor ermittelten thermodynamischen und kinetischen Informationen. Allerdings ist häufig die Durchführung von praktischen Versuchen die sicherste Methode, um die gewünschten Informationen zu ermitteln.

So kann abschließend zusammengefasst werden, dass ein Chemieingenieur chemische und physikalische Prozesse, die zur Erstellung eines spezifischen Produkts, zunächst im Labor anschließend in Großanlagen, eingesetzt werden, erforscht, entwickelt und optimiert. Zusätzlich werden die Kontrollverfahren zur Qualitäts- und Betriebsüberwachung des Prozesses konzeptioniert.