應用化學專業的前身是50年代中期建立的我國第一個放射化學專業，徐光憲、劉元方、唐孝炎、黎樂民院士，以及吳季蘭、孫亦樑、王文清、吳瑾光教授等我國著名化學家為學科的創立和發展做出了重要貢獻。分別于1981、1985年設立碩士點和博士點，其后又設立了博士后流動站。八十年代初，為拓展專業的應用性和適應性，設立了我國第一個理科應用化學(本科)專業。2003年，正式在化學一級學科下設立應用化學博士點，這也是全國首次設立的理科應用化學博士點。五十年來，北大放射化學-應用化學學科緊緊圍繞我國的國防事業和經濟建設的大目標，向社會輸送了一批又一批合格的人才，并在基礎研究、應用基礎研究和技術開發的多個領域取得了豐碩的科研成果。2000余名合格的畢業生、1300余篇優秀學術論文、70多部重要專著和教材，以及多項國家級和省部級獎勵是這個學科向社會交出的一份答卷。經過長期的學科建設，應用化學專業形成了自己的特色：(1)將核技術等高新技術應用于化學領域;(2)注重學科交叉，捕捉化學學科新的生長點;(3)注重能源、材料等領域的應用研究和應用性基礎研究。
近期科研成果(2001年至今)：發表學術論文近300篇，其中SCI， EI收錄200余篇;取得專利19項;出版教材、專著、譯著16部;獲國家科技進步二等獎1項、北京市科技進步一等獎1項、國防科學技術一等獎和三等獎各 1項、分析測試一等獎1項。此外，在高分子輻射加工、鋰離子電池材料、DDS脫硫技術等的應用研究方面也取得了重要進展。
國際交流：聘請“超分子化學之父”、諾貝爾化學獎獲得者Jean-Marie Lehn為北京大學名譽教授;廣泛參與國際原子能機構的活動;在國際學術組織擔任重要職務等。
主要研究方向如下表：
| 序號 | 研究方向名稱 | 主要研究內容、特色與意義 | 指導教師 |
| 1 | 超分子化學與材料 | 主要開展輪烷、多聚輪烷、環糊精納米管等多種新型超分子體系的設計合成及性質研究；用γ-輻照微乳液法調控納米粒子及其形貌，并研究其性質和應用；微乳液、離子液體在萃取分離中的應用；天然藥物化學及其中的超分子化學問題研究。 |
沈興海 魏雄輝 |
| 2 | 新能源材料與技術 | 主要開展鋰離子正極材料、新型復合金屬氧化物等無機材料的合成、天然化學物質（如Li, Mg）的分離與提純等。 | 其 魯 |
| 3 | 輻射化學與輻射工藝 | 主要開展高分子輻射改性和單體輻射聚合、天然高分子和生物高分子的紫外和輻射制備、彈性高分子納米顆粒的輻射制備等。 |
魏根栓 翟茂林 彭 靜 |
| 4 | 核藥物化學 | 主要研究心肌、腫瘤以及乏氧組織顯像劑的分子設計和合成，通過細胞和動物實驗進行藥物篩選及藥理學、藥效學、藥代動力學評價。研究與此相關的锝和錸配位化學，及藥物的定量－結構活性關系等。另一方面，利用熒光、核素標記生物分子探針（多肽、蛋白、核酸等生物分子），用于實時、體內分子顯像。此外，還用計算化學方法預測分子的性質，研究化學反應的機理，模擬化學過程的動態特性。 |
王祥云 胡少文 楮泰偉 |
| 5 | 核環境學 | 主要研究放射性核素在環境中的化學行為、環境過程機理、新材料應用中的環境化學問題。 | 劉春立 |
| 6 | 特種功能高分子材料 | 特種功能高分子材料的設計合成及應用 | 趙達慧 |