Forschungschemiker und -chemikerinnen sind vor allem in der Grundlagenforschung tätig und entwickeln neue Substanzen und Synthesewege. Ihr Tätigkeitsfeld erstreckt sich vom Studium der neusten Fachliteratur über das Entwerfen von Leitstrukturen bis zur computerunterstützten Planung von Prozessen und der Umsetzung im Labor. In der Synthese stellen sie neue chemische Verbindungen her und suchen nach Verfahren zu ihrer Herstellung.
In der analytischen Forschung identifizieren und charakterisieren sie neue Substanzen und entwickeln neue Analysetechniken und -methoden. In der biochemischen Forschung klären sie die Wirkmechanismen biologisch aktiver Substanzen ab, bestimmen die Resorption, Verteilung und Ausscheidung von Wirkstoffen im menschlichen, tierischen und pflanzlichen Organismus und wenden biologische Methoden für die Herstellung neuer Verbindungen an. Sie können auch die Leitung eines Labors übernehmen.
Forschungschemiker/innen arbeiten in der Grundlagenforschung an Universitäten und Forschungsinstituten oder in Forschung und Entwicklung in der chemischen oder pharmazeutischen Industrie, z.B. in Produktebereichen wie der Pharma- und Agrochemie, der Farbstoffe, Kunststoffe oder Naturstoffchemie.