לימודי תואר שני בכימיה הם מבוקשים למדי, ומטרתתם היא להרחיב ולהעמיק את הידע והשליטה של הסטודנטים בתחומי הכימיה השונים, וכן להקנות להם מיומנויות ושיטות מחקר מודרניות. כבר במהלך לימודיהם יכולים הסטודנטים לשמש כמדענים מובילי מחקר בעלי יכולות ניהול, הערכה וביצוע. תכניות הלימודים מכסות נושאים שונים בכימיה: הנדסה כימית, ביוטכנולוגיה, הנדסת חומרים, מבנה מולקולרי, כימיה גרעינית ועוד.

רוב מוסדות הלימוד מציעים בעיקר מסלולי לימוד מחקריים במטרה להכשיר מדענים וכימאים מעולים בתחומם. המסלול המחקרי מורכב מקורסי חובה בכימיה ובמיומנויות מחקר, קורסי בחירה מהתחום ומפקולטות אחרות, סמינרים, מעבדות ומהגשת פרויקט גמר מחקרי (תזה) בסיום הלימודים. בכתיבת התזה הסטודנט נעזר במנחה (מרצה מסגל ההוראה בחוג) שאותו יבחר כבר במהלך הסמסטר הראשון ללימודי התואר השני, או אף לפני תחילת הלימודים.

כימיה היא התורה המרכזית של המדעים, ומדענים ומהנדסים ברחבי העולם משקיעים את מיטב מאמציהם במחקר כימי על מנת לשפר את חיי האדם על פני הארץ. מחלקות ללימודי כימיה לתארים מתקדמים מהוות את חלק הארי בהובלת המחקר הניסויי והתיאורטי ברמות הגבוהות ביותר. נכון להיום, מדענים וכימאים מגלים במחקריהם תצרופות חומרים חדשות, מייצרים מקורות לאנרגיה חלופית, חושפים הרכבים ביוכימיים של מערכות טבעיות, מרפאים מגפות ומפתחים חומרים בעלי מאפיינים חדשים שלא נודעו עד היום.

שישה מזוכי פרס הנובל בכימיה מחזיקים באזרחות ישראלית וכולם למדו או השתתפו במחקרי כימיה במכוני מחקר ישראלים. זהו התחום בו הוענק המספר הרב ביותר של פרסי נובל לישראלים, מה שמעיד על רמת ההוראה והמחקר במכוני המחקר ובמוסדות ההשכלה הגבוהה לכימיה בארץ. כמו כן, תעשיית הכימיה הישראלית היא גדולה ומשמעותית ומגלגלת מיליארדי דולרים בשנה, בייצור תרופות, אנרגיה ירוקה ובפיתוח רכיבים אלקטרוכימיים וננו-טכנולוגיים.

הלימודים במסלול תואר שני בכימיה פונים בעיקר לבוגרי תואר ראשון בכימיה. אך לא רק, גם בוגרי תארים ראשונים של מקצועות דומים, ייתכן וירצו גם הם להשתלב בלימודי תואר מוסמך אוניברסיטה במקצוע מרתק זה. הלימודים פונים לאלו הרוצים להעמיק את ידיעותיהם ולרכוש כישורי מחקר עדכניים, המאפשרים להם עריכת מחקרים וניסויים ברמה אקדמית גבוהה. לימודי התואר יעניקו לבוגריהם ערך רב יותר בשוק העבודה, יגדילו את אפשרויות התעסוקה שלהם ואת שכרם. 

כמו כן, אלו אשר חולמים על קריירה אקדמית יוכלו לסיים את לימודיהם במסלול המחקרי של לימודי תואר מוסמך אוניברסיטה בכימיה ולאחריו להמשיך ללימודי דוקטורט. בסיומו של מסלול הדוקטורט יוכלו הבוגרים להשתלב בסגל ההוראה והמחקר במוסדות להשכלה גבוהה.

תנאי הקבלה ללימודי תואר שני בכימיה יכולים להשתנות בין מוסדות הלימוד המגוונים אשר מציעים רכישת הכשרה מבוקשת זו. באופן טבעי מסלול הקבלה לתוכניות מיועד בראש ובראשונה לבוגרי תואר ראשון בכימיה אשר רוצים להעמיק את ידיעותיהם בתחום. עם זאת, גם בוגרים של תארים דומים יכולים לנסות להתקבל לתוכנית אם בידהם ממוצע גבוה מספיק, אך סטודנטים אלו ידרשו בהשלמות של קורסי ליבה הדרושים להמשך הלימודים. 

על פי רוב, הדרישה המינימלית של מוסדות הלימוד היא ממוצע של 80 לפחות בלימודי התואר הראשון. ישנן אונברסיטאות בהן הדרישה אף מחמירה יותר, לדוגמה אוניברסיטת בן גוריון בנגב מציבה דרישת סף של ממוצע 82 לפחות לשם קבלה לתואר שני בכימיה. בנוסף, לאוניברסיטאות השונות הסמכות לקבוע תנאי קבלה מיוחדים נוספים באישור הועדה הפקולטית.

משך הלימודים במסלול לתואר שני בכימיה עשוי להשתנות בין מוסד לימודי אחד למשנהו, בדרך כלל הלימודים נמשכים כשנתיים. ברוב מוסדות הלימוד קיימים שני מסלולים ללימודי מוסמך בכימיה, המסלול הראשון הוא המסלול המחקרי הכולל כתיבת עבודת גמר מחקרית, והמסלול השני הוא המסלול העיוני שבסופו נדרשת הגשת פרויקט גמר שאינו מחקרי. לרוב, לימודים במסלול המחקרי אורכים זמן רב יותר וניתנות הארכות לשם השלמת כתיבת התזה. 

חשוב לדעת כי מרבית מוסדות הלימוד מציעים השתלבות במסלול הלימודים במתכונת של לימודי ערב ולימודים בימי שישי בוקר. אפשרות זו מהווה יתרון עבור המעוניינים לרכוש הכשרה זו אך אין ביכולתם לפנות את יומם לטובת הלימודים עקב התחייבויות קודמות כמו עבודה, לימודים או כל התחייבות אחרת. כך יוכלו ללמוד בשעות ובזמנים המתאימים להם ביותר.

תחום הכימיה הינו תחום נרחב מאוד אשר מבוקש בתעשיות רבות כגון: תחום המזון, התרופות והפלסטיקה. בהתאם לכך לימודי תואר מוסמך אוניברסיטה בכימיה הינם לימודים מרתקים ומאתגרים אשר כוללים בתוכם מגוון רחב של נושאים וביניהם ניתן למצוא: כימיה אורגנית, כימיה פיזיקלית ואלקטרוכימיה, פיזיקה כימית, חומרים וננוטכנולוגיות, התמחות בכימיה אי אורגנית, כימיה ביולוגית, כימיה פיסיקלית ותיאורטית, כימיה יישומית, כימיה אנליטית. יחד עם האמור לעיל, לא כל הפקולטות מציעות מגמות התמחות ובמוסדות מסוימים קיים מסלול לימודים אחיד לכל הסטודנטים לתואר שני בכימיה.
חשוב לציין כי נושאי הלימוד משתנים מעת לעת, וכן משתנים בין מסלולי הלימוד השונים, ולכן מומלץ לעיין בסילבוס טרם תחילת הלימודים.

תעשיית הכימיה היא מהתעשיות הגדולות בעולם. בארץ, התעשייה הכימית מהווה חלק חשוב ומרכזי בכלכלת המדינה והיא מעמודי התווך של התעשייה הישראלית. התעשייה מאגדת פעילות של מאות מפעלים המעסיקים רבבות של עובדים.

בוגרי לימודי תואר שני בכימיה יוכלו להשתלב בתעשיית הכימית במגוון רחב של תפקידים מחקריים בתחומים שונים, כגון תחום המזון, התרופות והפלסטיקה. כמו כן, בוגרי תואר שני בכימיה יכולו להשתלב גם בתחומי איכות הסביבה, כימיה אורגנית, תעשיית התרופות, תחליפי אנרגיה, תעשיות ביטחוניות ועוד.

בנוסף, בוגרי הלימודים יכלו לעסוק בהוראה במסגרת האקדמיה, או להשלים לימודי תעודת הוראה ולהשתלב במערכת החינוך בתור מורים לכימיה או בתפקידים נוספים כגון רכזים וכותבי בחינות. כמו כן, בפני בוגרי תואר שני בכימיה שיהיו מעוניינים בכך ויעמדו בתנאים, יוכלו להמשיך ללימודי תואר שלישי בכימיה.

בוגרי לימודי תואר שני בכימיה המעוניינים יוכלו להמשיך ללימודי דוקטורט. לצורך הקבלה למסלול הדוקטורט יצטרכו הבוגרים להציג הישיגים לימודיים ומחקריים גבוהים מהתואר השני, ולהוכיח כי הם בעלי יכולות גבוהות לביצוע מחקר עצמאי. בנוסף, יצטרכו המועמדים להגיש הצעת מחקר לקראת בחינת המועמדות בפני ועדת בוחנים, וכן לעמוד בדרישות נוספות מטעם הפקולטות.
חשוב לציין כי רק בוגרי תואר שני במסלול המחקרי הכולל הגשת תזה יוכלו להמשיך ללימודי תואר שלישי. בוגרי המסלול המקצועי יידרשו להשלמות המכשירות את התלמיד לעבודת מחקר עצמאית על מנת להמשיך ללימודי תואר שלישי.

כמו כן, יוכלו בוגרי התואר השני להשלים לימודי תעודת הוראה ולהשתלב בהוראת הכימיה במערכת החינוך. במסגרת לימודי תעודת הוראה הבוגרים יוכשרו להעברת חומר הלימוד המבוקש לתלמידים תוך שימוש באסטרטגיות ומיומנויות הוראה שונות ומגוונות.