应用化学专业的前身是50年代中期建立的我国第一个放射化学专业，徐光宪、刘元方、唐孝炎、黎乐民院士，以及吴季兰、孙亦樑、王文清、吴瑾光教授等我国著名化学家为学科的创立和发展做出了重要贡献。分别于1981、1985年设立硕士点和博士点，其后又设立了博士后流动站。八十年代初，为拓展专业的应用性和适应性，设立了我国第一个理科应用化学(本科)专业。2003年，正式在化学一级学科下设立应用化学博士点，这也是全国首次设立的理科应用化学博士点。五十年来，北大放射化学-应用化学学科紧紧围绕我国的国防事业和经济建设的大目标，向社会输送了一批又一批合格的人才，并在基础研究、应用基础研究和技术开发的多个领域取得了丰硕的科研成果。2000余名合格的毕业生、1300余篇优秀学术论文、70多部重要专著和教材，以及多项国家级和省部级奖励是这个学科向社会交出的一份答卷。经过长期的学科建设，应用化学专业形成了自己的特色：(1)将核技术等高新技术应用于化学领域;(2)注重学科交叉，捕捉化学学科新的生长点;(3)注重能源、材料等领域的应用研究和应用性基础研究。
近期科研成果(2001年至今)：发表学术论文近300篇，其中SCI， EI收录200余篇;取得专利19项;出版教材、专著、译著16部;获国家科技进步二等奖1项、北京市科技进步一等奖1项、国防科学技术一等奖和三等奖各 1项、分析测试一等奖1项。此外，在高分子辐射加工、锂离子电池材料、DDS脱硫技术等的应用研究方面也取得了重要进展。
国际交流：聘请“超分子化学之父”、诺贝尔化学奖获得者Jean-Marie Lehn为北京大学名誉教授;广泛参与国际原子能机构的活动;在国际学术组织担任重要职务等。
主要研究方向如下表：
| 序号 | 研究方向名称 | 主要研究内容、特色与意义 | 指导教师 |
| 1 | 超分子化学与材料 | 主要开展轮烷、多聚轮烷、环糊精纳米管等多种新型超分子体系的设计合成及性质研究；用γ-辐照微乳液法调控纳米粒子及其形貌，并研究其性质和应用；微乳液、离子液体在萃取分离中的应用；天然药物化学及其中的超分子化学问题研究。 |
沈兴海 魏雄辉 |
| 2 | 新能源材料与技术 | 主要开展锂离子正极材料、新型复合金属氧化物等无机材料的合成、天然化学物质（如Li, Mg）的分离与提纯等。 | 其 鲁 |
| 3 | 辐射化学与辐射工艺 | 主要开展高分子辐射改性和单体辐射聚合、天然高分子和生物高分子的紫外和辐射制备、弹性高分子纳米颗粒的辐射制备等。 |
魏根栓 翟茂林 彭 静 |
| 4 | 核药物化学 | 主要研究心肌、肿瘤以及乏氧组织显像剂的分子设计和合成，通过细胞和动物实验进行药物筛选及药理学、药效学、药代动力学评价。研究与此相关的锝和铼配位化学，及药物的定量－结构活性关系等。另一方面，利用荧光、核素标记生物分子探针（多肽、蛋白、核酸等生物分子），用于实时、体内分子显像。此外，还用计算化学方法预测分子的性质，研究化学反应的机理，模拟化学过程的动态特性。 |
王祥云 胡少文 楮泰伟 |
| 5 | 核环境学 | 主要研究放射性核素在环境中的化学行为、环境过程机理、新材料应用中的环境化学问题。 | 刘春立 |
| 6 | 特种功能高分子材料 | 特种功能高分子材料的设计合成及应用 | 赵达慧 |