化學工程簡稱化工，是研究化學工業以及其他工業(如石油煉製工業、冶金工業、食品工業、印染工業等)生產過程中的共同規律，並應用這些規律來認識、解決生產中的工程問題的工程技術學科。美國化學工程專業是畢業起薪很高的工程類專業之一，尤其是進入石油業或煤業的學生。
化學工程主要研究大規模改變物料中的化學組成及其機械和物理性質。簡單地定義化學工程的本質，即它是以數學及少量的物理觀念為基礎應用於化學工業上，從而為生產各種化學品或物料的工廠提供一個最節省成本的反應流程設計方式。
化學工程可以申請的分支方向有很多
生物工程方向，作為一個交叉性的方向，很多學校都將該方向作為主要研究的對象，雖然每個學校稱呼不同，但都是將生物和化學方向結合在一起進行一系列的研究，有的偏重於材料方向的研究；有的偏重於分子生物學的研究，如代謝路徑的模式和轉換、生物信息學、生物材料及組織學等；目前此方向作為科研領域的一個熱點，受到許多申請人的青睞。
納米工程，主要做一些納米材料在光電磁方面的應用以及納米材料的表徵和一些複合納米材料。這個方向大概在21世紀開始以後非常熱門。值得注意的是，最近幾年有一些走下坡路的趨勢，很多搞納米的教授開始和搞生物的人聯合或者轉向納米生物方向。
高分子材料，是以高分子化合物為基礎的材料，有天然高分子、半合成高分子、合成高分子。高分子材料的結構決定性能，通過對結構的控制和改性得到不同的高分子材料，人類社會的進步伴隨著高分子材料的發展，從最初的天然高分子到高分子改性材料的應用，再到現在合成高分子材料的發展，各種新型的材料為航天航空、近代通信、電子工程、生物工程、醫療衛生和環境保護等方面提供了各種新型材料。
催化、反應堆，該方向主要進行催化反應條件的研究，通過改變反應的條件（溫度、濕度、用量）來調節催化劑的活性，達到工業要求。主要應用在石油工業，催化裂化技術作為石油煉製過程中關鍵的一步，它的發展具有重要的意義。催化作為目前全美起薪最高的石油行業的核心技術，學生畢業後，就業完全不用發愁。
流變學是力學的一個新分支，它主要研究物理材料在應力、應變、溫度濕度、輻射等條件下與時間因素有關的變形和流動的規律。流變學的發展同世界經濟發展和工業化進程密切相關。核工業中核反應堆和粒子加速器的發展，為研究由輻射產生的變形打開了新的領域。