W latach 2009–2013 na Wydziale Chemii realizowanych było ponad 200 krajowych projektów badawczych i kilkadziesiąt międzynarodowych. Reprezentują one główne kierunki badań naukowych, w szczególności chemię biomedyczną, badania procesów katalitycznych i fotokatalitycznych, otrzymywanie nowych materiałów funkcjonalnych, chemię organiczną i teoretyczne modelowanie molekularne.

• Nowe materiały. W ramach projektów dotyczących otrzymywania nowych materiałów prowadzone są badania nad wytwarzaniem nanostrukturalnych układów polimerowych do konwersji energii słonecznej. Otrzymano i poddano dalszym badaniom nowe materiały polimerowe o zastosowaniach biomedycznych, używane na przykład jako materiały strukturalne czy nośniki do kontrolowanego dostarczania leków.

• Prace z pogranicza chemii i biochemii. Na wydziale opisane zostały charakterystyki białek zaangażowanych w procesy powstawania nowotworów. Prowadzone były też poszukiwania związków zdolnych do selektywnego hamowania oddziaływań międzybiałkowych w celu opracowania nowych terapii przeciwnowotworowych. Badania nad inhibitorami oddziaływań białko–białko będą kontynuowane w trakcie rozpoczynającego się (2014) projektu finansowanego z grantu NCN Symfonia. Z tematyką medyczną związane były prace nad zastosowaniem technik spektroskopii w podczerwieni do obrazowania zmian biochemicznych w komórkach śródbłonka wywołanych stresem, zmianami patologicznymi lub terapią lekową.

• Chemia organiczna. W trakcie realizacji projektów z zakresu chemii organicznej badano reakcje tworzenia wiązań między atomami węgla, które wzorowane są na procesach naturalnych. Podjęte zostały też próby projektowania asymetrycznych syntez organicznych związków chiralnych, które inspirowane były procesami zachodzącymi w przyrodzie.

• Materiały dla czystych technologii. W ramach „Programu Badań Stosowanych" realizowane są dwa projekty mające na celu opracowanie innowacyjnego modyfikatora spalania oleju opałowego oraz katalizatora do redukcji emisji podtlenku azotu, będącego gazem cieplarnianym. Wydział Chemii jest członkiem międzynarodowej Wspólnoty Wiedzy i Innowacji „Knowledge & Innovation Community Innoenergy", uczestnicząc w realizacji projektów na temat zrównoważonej produkcji energii, czystych technologii węglowych oraz otrzymywania nowych materiałów dla energetyki i procesów konwersji energii.

• Kataliza. Prace związane z tą dziedziną dotyczą między innymi zjawisk fotokatalitycznych, niezwykle ważnych przy opracowywaniu nowych, przyjaznych dla środowiska technologii. Badania dotyczą procesów fizykochemicznych zachodzących na powierzchni naświetlanych półprzewodników, a także funkcji spełnianych przez małe cząsteczki w układach katalitycznych aktywowanych przez światło.

Grupy badawcze wydziału współpracują z instytucjami krajowymi i zagranicznymi: uczelniami, instytutami PAN, innymi instytutami badawczymi oraz partnerami z przemysłu chemicznego (np. LOTOS Oil, SK Innovation Co. z Korei Południowej, Scientific Computing & Modeling z Holandii). Z czterema instytucjami naukowymi wydział tworzy konsorcjum KNOW „Materia – Energia – Przyszłość".

W ramach sieci ERA-Chemistry w programie UE „Open Initiative 2008" rozwijana jest współpraca z Uniwersytetem w Coimbrze, dotycząca fotosensybilizatorów do zastosowań w fotokatalizie, medycynie, optoelektronice i konwersji energii słonecznej. Wydział jest reprezentowany w komitecie sterującym europejskiej sieci Precision Polymer Materials.

W latach 1998–2013 pięcioro badaczy z Wydziału Chemii (prof. Maria Nowakowska, prof. Roman Nalewajski, prof. Zbigniew Sojka, prof. Grażyna Stochel i prof. Artur Michalak) otrzymało za wybitne osiągnięcia naukowe Nagrodę Rektora UJ „Laur Jagielloński" .

prof. Maria Nowakowska – prowadzi badania nad nanostrukturalnymi materiałami polimerowymi i hybrydowymi. Jest laureatką programu TEAM. Pod jej kierunkiem opracowano metody opłaszczania żywych komórek, otrzymano połączenia antagonistyczne w stosunku do heparyny, nanostrukturalny materiał bakteriobójczy, superparamagnetyczne nanocząstki do obrazowania metodą rezonansu magnetycznego (MRI) oraz fotokatalizatory polimerowe i hybrydowe.

prof. Roman Nalewajski – pracuje nad zastosowaniami teorii informacji do sformułowania komunikacyjnej teorii wiązań chemicznych. Jego kwantowe uzupełnienia klasycznych miar informacji pozwoliły na pełny „termodynamiczny" opis równowag w molekułach i ich fragmentach oraz na opis ich ewolucji w czasie.

prof. Zbigniew Sojka – zajmuje się katalizą i chemią powierzchni ciała stałego, wykorzystując w badaniach modelowanie molekularne i pomiary spektroskopowe. Uczestniczył w opracowaniu nowego katalizatora do rozkładu podtlenku azotu.

prof. Grażyna Stochel – prowadzi badania w zakresie chemii koordynacyjnej, bionieorganicznej i fotochemii w odniesieniu do mechanizmów reakcji oraz otrzymywania materiałów funkcjonalnych. Jest współautorem nowych fotosensybilizatorów do terapii fotodynamicznej i inaktywacji mikroorganizmów.

prof. Artur Michalak – specjalizuje się w chemii teoretycznej. Jego zainteresowania to modelowanie relacji między strukturą a reaktywnością katalizatora oraz teoretyczne badania procesów polimeryzacji. Opracował naturalne orbitale dla wartościowości chemicznej jako metodę opisu wiązań w cząsteczkach.

Naukowcy z wydziału opracowali katalizator do niskotemperaturowego rozkładu N₂O, poczynając od etapu syntezy w skali laboratoryjnej, wspartego modelowaniem molekularnym, aż do syntezy i testów w skali przemysłowej.

Zespół badawczy z wydziału uczestniczył w konsorcjum MAGMANet, zajmującym się magnetycznymi układami molekularnymi o potencjalnych zastosowaniach w alternatywnych metodach zapisu informacji.

Wynikiem prac uniwersyteckich chemików było wprowadzenie do literatury naukowej nowej interdyscyplinarnej dziedziny badań – fotochemii bionieorganicznej. Innym oryginalnym wkładem wydziału w dziedzinę chemii teoretycznej są badania nad zastosowaniem teorii informacji do opisu wiązań chemicznych oraz stworzenie opisu orbitali naturalnych dla wartościowości chemicznej.

Wydział Chemii UJ angażuje się również w działania popularyzujące chemię i nauki przyrodnicze, m.in. jest organizatorem szeregu wystaw, np. poświęconej Marii Skłodowskiej-Curie oraz z okazji 130-lecia skroplenia gazów trwałych.