Dans l'industrie chimique un procédé de fabrication peut être décomposé en une succession d'opérations qui constituent ses étapes clés. On distingue généralement le (ou les) réacteurs qui sont constitués par des enceintes dans lesquelles se déroulent les réactions chimiques, et les opérations de séparations qui sont destinées à séparer et purifier les constituants d'un mélange. La maîtrise de ces opérations unitaires est essentielle pour optimiser les conditions technico-économiques de la production et s'adapter à un nouvel environnement. C'est ainsi qu'il y a quelques années les obligations consistaient à obtenir un débit matière maximum, augmenter la capacité de production en se limitant à quelques produits standards. Cette démarche a évolué et l'objectif maintenant exige de prendre en compte le choix optimal des charges, produire de la valeur ajoutée, rechercher l'efficacité énergétique, respecter l'environnement, identifier les produits les mieux adaptés au marché, ou encore identifier les niches qui permettent de prendre place dans une économie qui est maintenant planétaire.
Au préalable l'étude consiste à analyser la thermodynamique appliquée aux équilibres de phases qui détermine ce qui est possible de réaliser. Il est ensuite également nécessaire d'étudier le transfert de matière et notamment la cinétique de transfert pour vérifier si l'opération retenue est raisonnable. Le schéma de procédé implique à la fois un choix technique (distillation, extraction, absorption, percolation, adsorption, cristallisation...) et un choix technologique (bacs mélangeurs-décanteurs, colonnes à garnissage ou à plateaux, centrifugeuse, nature de la membrane...).