过程系统工程学科始建于1981年，主要研究方向包括：化工过程模拟和优化、人工智能与大数据技术、故障诊断技术、节能减排、生产计划与调度、高端化学品制造过程数字化、计算机辅助分子设计等；近年来在化工过程安全系统工程领域开拓了新的研究方向，在国内外产生较大的影响；研究和开发的乙烯裂解炉模拟与优化软件、石化企业生产计划图形建模优化软件、智能报警管理软件、化工过程安全管理（PSM）智能软件平台等先后在大型石化企业（集团）得到推广应用；注重国际交往，密切掌握本领域国际发展动向。共获国家级科技进步奖2项、省部级科技进步奖16项，为企业创造了巨大的经济效益。

生态工业和循环经济是一个新兴的多学科交叉研究方向，化工系于2001年在国内率先成立生态工业研究中心， 致力于开展工业生态化和循环经济的理论研究和实践应用，是国家发改委循环经济工作的重要技术支撑团队。中心现为国家生态环境部生态工业联合重点实验室成员，中国生态经济学会工业生态经济与技术专业委员会和循环经济专业委员会执行机构，清华大学循环经济研究院依托单位。近年来中心承担了国家科技部、自然科学基金委、发改委、环境部、国务院参事室、工程院等部委重要项目以及生态工业园区和循环经济发展规划等90多项科研课题， 发表公开学术论文400多篇，编写专著10余部。完成的规划中20多个成为国家级循环经济和生态工业园区试点和示 范，智库研究成果对政府决策和产业发展有重要的支撑作用，在资源效率和循环经济领域产生了日益重要的国际影响。

现有教授5名、副教授3名，其中中国工程院院士1名、教育部新世纪优秀人才2名。

本学科方向的教师有：陈丙珍院士、胡山鹰教授、邱彤教授、赵劲松教授、朱兵教授、陈定江副教授、朱玉山副教授、袁志宏副教授。