Στο Τμήμα Χημικών Μηχανικών διεξάγεται υψηλής ποιότητας καινοτόμα έρευνα, εστιασμένη τόσο σε παραδοσιακές όσο και σε αναδυόμενες ερευνητικές περιοχές ενδιαφέροντος των Χημικών Μηχανικών. Η ερευνητική δραστηριότητα των μελών ΔΕΠ του ΤΧΜ ακολουθεί, χωρίς ωστόσο να περιορίζεται, τις γενικές κατευθύνσεις των τριών Τομέων του Τμήματος, οι οποίες είναι η Μηχανική Διεργασιών και Περιβάλλοντος, η Χημική Τεχνολογία και Εφαρμοσμένη Φυσικοχημεία καθώς και Επιστήμη και Τεχνολογίας Υλικών.
Η χρηματοδότηση της έρευνας στο ΤΧΜ γίνεται κύρια από ανταγωνιστικά Ευρωπαϊκά προγράμματα αλλά και από βιομηχανίες, εθνικά προγράμματα και από την Επιτροπή Ερευνών του Πανεπιστημίου Πατρών. Η αναγνώριση του ερευνητικού έργου του Τμήματος εκφράζεται τόσο από τον μεγάλο αριθμό δημοσιεύσεων ανά μέλος ΔΕΠ (103 εργασίες σε επιστημονικά περιοδικά με κριτές, 10 βιβλία/μονογραφίες, 78 εργασίες σε πρακτικά συνεδρίων με κριτές και 4 κεφάλαια σε συλλογικούς τόμους, κατά το ακαδημαϊκό έτος 2011-2012), όσο και από τον επίσης εντυπωσιακό συνολικό ετήσιο αριθμό ετεροαναφορών (3.958 κατά το ακαδημαϊκό έτος 2011-2012). Αναφέρεται χαρακτηριστικά ότι σύμφωνα με τα αποτελέσματα της διεθνούς κατάταξης QS – Top Universities/ World University Ranking για το 2012 το Τμήμα Χημικών Μηχανικών του Πανεπιστημίου Πατρών κατατάσσεται 9ο σε Παγκόσμια και 2ο σε Ευρωπαϊκή κλίμακα με βάση τον δείκτη CCP (92.4), o οποίος προκύπτει με βάση τις αναφορές στα ερευνητικά αποτελέσματα του Τμήματος σε διεθνείς επιστημονικές επιθεωρήσεις και περιοδικά. Η αναγνώριση της ποιότητας του ερευνητικού έργου των μελών ΔΕΠ του ΤΧΜ αντικατοπτρίζεται επίσης στη συμμετοχή τους σε επιτροπές διεθνών επιστημονικών συνεδρίων και σε συντακτικές επιτροπές διεθνών επιστημονικών περιοδικών καθώς και στο σημαντικό αριθμό προσκεκλημένων διαλέξεων σε διεθνή συνέδρια.