Trong kỹ thuật hóa học, các hệ phản ứng là trường hợp đặc biệt của hệ nhiệt động lực học hoá học vì sự vận động và xu hướng tiến triển của các trạng thái bên trong hệ (như nhiệt độ, áp suất và nồng độ cấu tử…) được dự báo bằng cách sử dụng các nguyên lý nhiệt động lực học. Khái niệm này bao gồm một lớp các hệ thống động lực phi tuyến mà trong đó hiện tượng truyền vận và truyền khối đóng vai trò trung tâm, đặc biệt là trong các hệ quá trình hóa học nơi mà tác chất phản ứng với nhau để tạo thành sản phẩm. Xây dựng mô hình, quan sát trạng thái và điều khiển tối ưu hệ phản ứng có phổ ứng dụng rộng bao gồm trong các lĩnh vực (sinh-)hóa học, và cụ thể hơn trong môi trường, dược phẩm, hóa chất, thực phẩm, dầu khí và năng lượng… Những thách thức khoa học đề tài nghiên cứu là bài toán mô hình hoá, phân tích ổn định và điều khiển trên cơ sở xem xét các tính chất hoá lý của hệ quá trình như là nền tảng của phương pháp luận thay vì chỉ sử dụng các công cụ tính toán thuần túy toán học. Nghiên cứu sẽ khảo sát từ trường hợp của hệ quá trình hoá học mà động lực được mô tả bằng phương trình vi phân thường (ví dụ bình phản ứng khuấy trộn, thiết bị chưng cất phản ứng…) đến trường hợp phức tạp hơn với động lực được mô tả bằng phương trình vi phân đạo hàm riêng (ví dụ bình phản ứng dạng ống, quá trình trích ly lỏng-lỏng…). Mục tiêu chính là kết nối các lĩnh vực khác nhau giữa nhiệt động lực học, kỹ thuật phản ứng, lý thuyết hệ thống và điều khiển để ổn định hóa quá trình hóa học.