在化學工程及相關領域，單元操作是過程中的基本步驟。 元操作涉及物理變化或化學轉化，如分離、結晶、蒸發、過濾、聚合、異構化和其他反應。 例如，在牛奶加工中，涉及以下單元操作：均質化、巴氏殺菌和包裝。 這些單元操作相互關聯以創建整個過程。 一個過程可能需要許多單元操作才能從起始材料或原料中獲得所需的產品。

歷史上，不同的化學工業被視為不同的工業過程，具有不同的原理。 Arthur Dehon Little 于 1916 年開發了單元操作的概念來解釋工業化學過程。1923 年，William H. Walker、Warren K. Lewis 和 William H. McAdams 撰寫了《化學工程原理》一書，并解釋了化學工業的多樣性 具有遵循相同物理定律的過程。 他們將這些類似的過程總結為單元操作。 每個單元操作都遵循相同的物理定律，可用于所有相關的化學工業。 例如，為凝固汽油彈或粥設計混合器需要相同的工程，即使用途、市場或制造商非常不同。 單元操作構成了化學工程的基本原理。

化學工程單元操作包括五類：

• 流體流動過程，包括流體輸送、過濾和固體流化。
• 傳熱過程，包括蒸發和熱交換。
• 傳質過程，包括氣體吸收、蒸餾、萃取、吸附和干燥。
• 熱力學過程，包括氣體液化和制冷。
• 機械過程，包括固體運輸、破碎和粉碎，以及篩選和篩分。

化學工程單元操作也屬于以下類別，涉及多個類別的元素：

• 組合（混合）
• 分離（蒸餾、結晶）
• 反應（化學反應）

此外，還有一些單元操作甚至結合了這些類別，例如反應蒸餾和攪拌釜反應器。 純單元操作是物理傳輸過程，而混合化學/物理過程需要對物理傳輸（例如擴散）和化學反應進行建模。 這通常是設計催化反應所必需的，并且被認為是一門獨立的學科，稱為化學反應工程。

化學工程單元操作和化學工程單元處理構成了各種化學工業的主要原則，是設計化工廠、工廠和所用設備的基礎。

一般來說，單元操作的設計是通過以方程的形式寫下每個基本成分（可能是無窮小）的傳輸量的平衡，并求解設計參數的方程，然后從幾個方程中選擇一個最優解 可能，然后設計物理設備。 例如，通過記下每個板的質量平衡來分析板式塔中的蒸餾，其中已知的汽液平衡和效率、滴出和滴入包括總質量流量，每個組分都有一個子流量。 將這些組合起來就得到了整列的方程組。 有多種解決方案，因為回流比越高，板數越少，反之亦然。 然后，工程師必須根據可接受的體積滯留量、塔高和建造成本找到最佳解決方案。