化学工程又分为化工热力学、传递过程、单元操作、化学反应工程和化工系统工程。前两者是化学工程的理论基础，单元操作是化学工程最早形成的概念，它把化工生产的物理过程分解为若干单元，如流体输送、蒸馏、萃取、换热、干燥等。这些单元操作不仅在化工生产中起着重要作用，也广泛用于冶金、轻工、食品、核工业等与化工有共同特点的工业领域。单元操作仍在继续发展和完善，如21世纪发展的颗粒学，作为粉体工程的一种理论，已应用于催化剂粒度设计、高温气体除尘、粮食干燥和输送。化学反应工程着眼于工业规模的化学反应过程的传递和动力学等规律，以解决反应器的设计和放大的问题。至于化工系统工程，则是运用系统工程的理论和方法，来解决化工过程优化问题的边缘学科。
化工所包含的核心内容基本上都可以归纳在上述六个分支之中，并且综论也是由这六个分支组成的。但是，这种分类方法并不是完全合理的，如催化剂工业被列入精细化工。虽然理论上讲，催化剂具有加快反应速率的专门功能，是不参与反应的少量物质，但在大型化生产的今天，催化剂的产量和装填量也是相当大的，中国1985年石油炼制催化剂的用量达20kt。而且催化剂的使用范围遍及燃料、无机、有机、高分子和精细化工等所有领域。这样的归属问题尚有很多。
此外，环境保护既是化工各部门不断解决的共性问题，也是化工能作出贡献的领域。18世纪兴起的近代化学工业，迄今已有200多年的历史，创造了无数的化工产品，同时也排放了废气、废液、废渣，污染了环境。因此，人们要求化学工尽其用，成为无排放工程。国民经济中其他部门的发展也或多或少造成公害。长此以往，超越大自然环境自净能力的排放，必将使人类的生活环境日益恶化。因此，有识之士对世界上大气、水、土壤、生物所受到的污染和破坏，发出了危险警告。为了解决污染，保护环境，使自然界的生态平衡走向新的和谐一致，化工将成为一支主力军。