Научните приоритети на ХТМУ са:

Изследвания в областта на химичните и металургични технологии:

• създаване на нови и усъвършенствани технологии за проектиране и управление на процесите в нефтопреработването и нефтохимията, химическата, металургичната, пластмасова и каучукова, целулозно-хартиена, текстилна, кожарска, фармацевтична и др. промишлености;
• създаване на нови високо ефективни материали за техниката и бита чрез използуване на органични и неорганични технологии;
• оценка на въздействието на химичните процеси и технологии върху околната среда, развитие на екологосъобразни и безотпадни технологии за обезвреждане и оползотворяване на промишлени отпадъци;
• усъвършенстване на металургични и енергийни технологии с цел привеждането им в съответствие с „Най-добрите налични техники” (НДНТ), наноматериали, др.;
• синтез на биологично активни вещества, цветни и луминсентни органични продукти.

Научни изследвания в областта на химичното, механично и системно инженерство и биотехнологии:

• изследване, моделиране и оптимизация на технологични процеси, хидродинамика и масообмен в кипящ слой и ненютонови течности;
• теория на автоматичното управление; автоматизация на производството; математично моделиране на технологични обекти;
• оптимизация на технологичните обекти-многокритериална опримизация, оптимизация при непълна информация, методи и софтуер за оптимизация, методи за глобална оптимизация; получаване на енергия от възобновяеми източници;
• пречистване на отпадни води, високотемпературни методи за обезвреждане и оползотворяване на отпадъци; изолиране и пречистване на ензимни инхибитори; конструиране на биосензорни системи; модификация на антибиотици.

Изследвания с научно и научно –приложно значение в химичните науки:

• неорганична химия;
• аналитична химия;
• органична химия;
• физикохимията.

Изследвания с научно и методично значение:

• образователна среда и качество на обучение;
• усъвършенстване на процесите на управление на човешките ресурси в - областта на научните изследвания.

Научните изследвания в Университета се организират от специално създаден Научно-изследователски сектор (НИС) и представляват уникален спектър от направления в областта на химичните технологии, химичното инженерство, металургията, материалознанието, машинното инженерство, информационните технологии, биотехнологиите и др.

С над 40-годишна практическа дейност в него са разработени на високо научно-техническо ниво над 3400 национални и над 220 международни проекта по научните приоритети на ХТМУ. Освен научните, научно-приложните и инженерно-внедрителските, се разработват и чисто теоретични теми.

НИС при ХТМУ работи в тясно сътрудничество с всички научно-изследователски институти и звена в областта на химичната и металургичната технологии, както в нашата страна, така и с редица висши училища и университети в Европа, Азия и Америка. ХТМУ активно участва в международните научни програми COPERNICUS, COST, NATO-SCIENCE, V-, VI- и VІI-Рамкови програми и др.

В настоящия момент в договорната тематика на НИС участват над 580 професори, доценти, асистенти, докторанти, студенти.

Научните изследвания в ХТМУ се провеждат чрез пряко договаряне с предприятия и фирми, чрез конкурсно участие на наши научни колективи в проекти по линия на ФНИ към МОН и в международни научни проекти. Ежегодно общият брой на разработваните научно-изследователски теми към НИС е над 150.

Нов елемент в развитието на научната политика на Университета е конкурсния принцип за участие в научни проекти с целево финансиране от МОН. Академичната общност на ХТМУ реализира около 120 такива проекта на година, при това с приоритетно участие на докторанти.

Значителна част от договорната тематика е със стопански организации и има важно значение за приоритетни области на икономиката ни като енергетика, екология, военна промишленост, металургия и др.

Студентите активно участват не само в научните проекти, но и в учебно-производствените звена на Университета.