同時，傳遞過程的研究和電子計算機的應用給單元操作帶來了新的活力。20世紀50年代初，美國化學工程師學會組織了對精餾塔塔板效率的研究，對影響塔板效率的主要因素和如何改進塔板結構有了感性認識。反滲透、電滲析、超濾等膜分離操作和區域熔融等凈化技術已投入工業應用。實驗室開始研究新的分離技術，如液膜分離和參量泵分離。
20世紀70年代以來，化學工業規模不斷擴大，面臨著環境汙染和能源短缺的挑戰。化學工程的各個分支繼續蓬勃發展。在單元操作領域，固體材料的加工和處理開始受到廣泛關註，並正在形成粉末工程學的壹個新分支。在化學熱力學的研究中，狀態方程與相平衡的關聯仍然是壹個活躍的話題。提出了壹些新的簡單而精確的狀態方程如PR方程(1976)和SRK方程(1972)以及基於基團貢獻原理的活度系數方程如UNIFAC方程(1977)。降低能耗的迫切要求使過程熱力學分析取得了很大進展。高分子化學和生物化學的發展促進了對非牛頓流體傳遞過程特性的研究，激光測量和流場顯示等新技術被應用於傳遞過程的研究。化學反應工程已經擴展到復雜的領域。20世紀70年代初，集總動力學方法和新的分支(如聚合工程和電化學反應工程)出現，以處理具有大量連續組分的復雜反應系統。化工系統的工作開始探索系統綜合，並在換熱網絡和分離過程的綜合方面取得了實際成果。80年代初，開發了以ASPEN為代表的第三代化學模擬系統。
化學工程和生物化學的結合得益於第二次世界大戰以來青黴素的發展。戰後，各種抗生素和激素的產量迅速增加，微生物技術被用於石油蛋白生產和汙水凈化。20世紀70年代，分子生物學取得了重組DNA技術等重大成就，為生化制劑和藥物的制備開辟了新的領域，被預言將對人類社會的發展產生巨大影響。生化工程在生化反應和分離技術方面都在不斷進步。
化學工程師以自己的專長為醫學的發展做出了貢獻，生物醫學工程這壹新興學科正在形成。人體本質上相當於壹個結構復雜的小型化工廠，很多生理過程都可以用化工原理來分析。傳質和傳熱原理已用於淹沒性疾病的研究，停留時間分布的概念可用於分析藥物的療效。非牛頓流體流動和透析原理已應用於人工心肺機和人工腎的研制。
化學工程與固體物理、結晶化學和材料科學相結合，在化學氣相沈積過程的研究中發揮著自己的作用。化學氣相沈積(CVD)是壹種制備無機材料的新技術，近二十年來發展迅速。廣泛應用於微電子、光纖通信、超導等新技術領域的各種功能器件的制造。正如壹百年前化學工程從化學中分裂出來壹樣，新的學科正在今天的化學工程中孕育。