Teknik kimia (chemical engineering) adalah cabang ilmu teknik atau rekayasa yang mempelajari pemrosesan bahan mentah menjadi barang yang lebih berguna, dapat berupa barang jadi ataupun barang setengah jadi. Ilmu teknik kimia diaplikasikan terutama dalam perancangan dan pemeliharaan proses-proses kimia, baik dalam skala kecil maupun dalam skala besar seperti pabrik. Insinyur teknik kimia yang pekerjaannya bertanggung jawab terhadap perancangan dan perawatan proses kimia pada skala pabrik dikenal dengan sebutan "insinyur proses" (process engineer). Selain itu, insinyur teknik kimia modern juga melakukan penelitian yang bertujuan untuk menemukan material-material dan teknik-teknik baru, yang kadang-kadang juga berhubungan dengan berbagai disiplin ilmu lainnya, seperti nanoteknologi, sel bahan bakar, dan teknik biomedis.Pada teknik kimia, ada 2 subgrup besar yang di antaranya: 1) mendesain, membangun, dan mengoperasikan pembangkit/pabrik dan proses-proses kimia di dalamnya dan 2) mengembangkan substansi baru atau pengembangan dari substansi sebelumnya pada berbagai produk yang rentangnya mulai dari makanan dan minuman sampai kosmetik, pembersih, dan obat-obatan.
Teknik kimia pertama kali muncul pada pengembangan unit operasi, salah satu konsep dasar dari teknik kimia modern sekarang. Sebagian besar penulis setuju bahwa Davis menemukan unit operasi namun tidak dikembangkan secara pesat. Ia memberikan serangkaian kuliah tentang unit operasi di Technical School Manchester (Universitas Manchester hari ini) pada tahun 1887, Ia dianggap sebagai salah satu yang paling awal mengajarkan teknik kimia. Tiga tahun sebelum kuliah Davis, Henry Edward Armstrong mengajarkan program teknik kimia di City and Guilds of London Institute, namun Armstrong "gagal" karena lulusannya tidak menarik bagi pengusaha. Pengusaha pada waktu itu lebih suka menyewa ahli kimia dan insinyur mekanik. Program teknik kimia yang ditawarkan oleh Massachusetts Institute of Technology (MIT) di Amerika Serikat, Universitas Owen di Manchester, Inggris dan University College London juga mengalami kegagalan dengan alasan yang sama.
Mulai tahun 1888, Lewis M. Norton mengajar di MIT kursus teknik kimia pertama di Amerika Serikat. Tentu saja Norton adalah kontemporer dan pada dasarnya apa yang diajarkannya sama dengan kursus Armstrong. Kedua kursus, bagaimanapun, hanya menggabungkan pelajaran kimia dan mesin. "Para praktisi mengalami kesulitan meyakinkan pengusaha bahwa mereka adalah insinyur dan juga ahli kimia, bahwa mereka tidak hanya ahli kimia." Kursus unit operasi diperkenalkan William Hultz Walker pada tahun 1905. Pada awal tahun 1920-an, unit operasi menjadi aspek penting dari teknik kimia di MIT dan universitas lain di AS, serta di Imperial College London. The American Institute of Chemical Engineers (AIChE), yang didirikan pada tahun 1908, memainkan peran kunci dalam membuat teknik kimia dianggap sebagai ilmu mandiri, dan bahwa unit operasi menjadi salah satu pusat penting di dalam teknik kimia. Misalnya, mendefinisikan teknik kimia menjadi "ilmu teknik kimia itu sendiri, pada dasarnya ... unit operasi" dalam laporan 1922, telah menerbitkan daftar lembaga akademik yang menawarkan program studi teknik kimia "yang benar". Sementara itu, Inggris pun mempromosikan teknik kimia sebagai ilmu yang berbeda di Eropa dan mulai membentuk Lembaga Insinyur Teknik Kimia (IChemE) pada tahun 1922.
Pada tahun 1940-an, menjadi jelas bahwa unit operasi saja tidak cukup dalam merancang reaktor kimia. Sementara dominasi unit operasi dalam kursus teknik kimia di Inggris dan Amerika Serikat terus berlanjut sampai tahun 1960-an, fenomena perpindahan mulai mengalami fokus yang lebih besar. Seiring dengan konsep baru lainnya, sistem proses seperti rekayasa, "paradigma kedua teknik kimia" mulai didefinisikan. Fenomena perpindahan memberikan pendekatan analitis untuk teknik kimia, sementara sistem proses difokuskan pada unsur-unsur sintetis, seperti sistem kontrol dan desain proses. Perkembangan teknik kimia sebelum dan sesudah Perang Dunia II dipicu terutama oleh industri petrokimia, namun kemajuan dalam bidang lain juga dibuat. Kemajuan dalam rekayasa biokimia terjadi pada tahun 1940-an, misalnya, menemukan aplikasi dalam industri farmasi, dan memungkinkan untuk produksi massal dari berbagai antibiotik, termasuk penisilin dan streptomisin. Sementara itu, kemajuan dalam ilmu polimer dimulai pada tahun 1950-an yang akhirnya menuju "era plastik".
Perbedaan antara teknik kimia dan kimia dapat diilustrasikan dengan mengambil contoh proses produksi jus jeruk. Seorang ahli kimia akan berusaha untuk meneliti metode-metode ekstraksi jus jeruk. Metode yang paling sederhana yang mungkin ditemukan adalah memotong jeruk menjadi dua bagian dan kemudian memerasnya. Metode yang lebih rumit adalah dengan cara mengupas kulit jeruk dan kemudian menghancurkan jeruk untuk memperoleh jusnya.
Sebuah perusahaan kemudian menginstruksikan seorang insinyur teknik kimia untuk merancang pabrik penghasil jus jeruk dengan kapasitas produksi beberapa ribu ton jus per tahun. Insinyur tersebut akan menganalisis proses-proses produksi yang mungkin dan kemudian mengevaluasi keekonomisan setiap proses yang mungkin. Walaupun metode produksi jus dengan cara memeras sangat sederhana, proses ini tidak ekonomis karena memerlukan ribuan orang untuk mencapai target produksi. Oleh karena itu, metode lain akan dipilih (mungkin metode pengupasan dan penghancuran). Dari contoh ini, dapat dilihat bahwa proses produksi yang paling sederhana dalam skala laboratorium belum tentu merupakan metode paling ekonomis pada suatu pabrik.