Достигнуты существенные результаты в области радиохимии. В 1921 под руководством В. Г. Хлопина и И. Я. Башилова был получен первый в СССР препарат радия; позже были выполнены важные исследования радиоактивных элементов (Б. А. Никитин, А. П. Ратнер, И. Е. Старик и др.). Открыт закон распределения микрокомпонентов между твёрдыми и жидкими фазами, используемый для выделения радиоактивных элементов (В. Г. Хлопин). Разработаны способы обнаружения крайне нестойких молекулярных соединений, в том числе соединений радона. Широко изучена химия плутония, нептуния, америция, кюрия и других трансурановых элементов (В. М. Вдовенко, Б. П. Никольский, В. В. Фомин и др.). Впервые (1967) синтезированы соединения семивалентного нептуния и плутония (Н. Н. Крот, А. Д. Гельман), двухвалентного калифорния, эйнштейния и фермия, одновалентного менделевия (В. И. Спицын, Н. Б. Михеев и сотрудники, 1971). Изучено распределение радиоактивных компонентов в расплавах, на границе двух жидких фаз и на твёрдых адсорбентах. Создан ряд методов получения радиоактивных изотопов и меченых соединений, а также применения их для исследования технически используемых материалов (Ан. Н. Несмеянов). Важные результаты получены в области химии и химической технологии стабильных изотопов лёгких элементов (Н. М. Жаворонков). Синтезированы новые элементы №№ 104—106, предложены пути выделения элементов 106 и 107 (Г. Н. Флёров). Проведён радиохимический анализ космогенных изотопов в лунном реголите, всесторонне изучен лунный грунт, доставленный автоматическими станциями «Луна».

  Начатые ещё в 20-х гг. работы по изучению естественных соляных богатств страны получили дальнейшее развитие, создана мощная химическая индустрия по производству соды, кислот и щелочей, минеральных удобрений. С. И. Вольфковичем с сотрудниками разработано (1930-е гг.) производство соды и сульфата аммония на основе природного мирабилита. Созданы научные основы переработки фосфоритов и апатитов в фосфор, фосфорные кислоты и удобрения (с 1936 — Э.. В. Брицке, С. И. Вольфкович и др.). Разработаны способы многотоннажного производства разнообразных важных продуктов на основе калийно-магниевых месторождений Соликамска, соляных залежей Поволжья, Приуралья, Средней Азии, Украины и Белоруссии. Систематические работы в области химии силикатов (Н. Б. Белов, П. П. Будников и др.) послужили основанием для создания промышленности многих строит. материалов. Ведутся работы по математическому моделированию химических реакторов, позволяющие создать эффективные агрегаты большой единичной мощности для химических, нефтехимической и нефтеперерабатывающей промышленности (Г. К. Боресков, М. Г. Слинько и др.).

  Аналитическая химия. Предложены и применены новые методы анализа, например дробный и капельный (1922, Н. А. Тананаев), бесстружковый для анализа металлов, кинетический анализ с использованием каталитических реакций (1958—60, К. Б. Яцимирский), ультрамикроанализ (1959—60, И. П. Алимарин). С 1946—49 развёрнуты работы по совершенствованию и внедрению методов хроматографического анализа (А. В. Киселев, К. В. Чмутов, А. А. Жуховицкий). Получили развитие оптические, электрохимические и радиохимические методы анализа. Впервые использован нейтронный радиоактивационный анализ следов примесей в полупроводниковых элементах. В связи с решением проблем геохимии, биогеохимии, а также космохимии большой вклад в развитие современных методов анализа следов элементов и изучение изотопного состава элементов в минералах и метеоритах внесён А. П. Виноградовым. Особенностью работ школы советских аналитиков является изучение проблем, связанных с применением органических реактивов (Л. М. Кульберг, И. М. Коренман, А. П. Терентьев, В. И. Кузнецов, 1946—50).

  Органическая химия. Исследования в области органической химии получили в СССР большой размах. Н. Д. Зелинский, С. С. Наметкин, С. В. Лебедев, Ю. Г. Мамедалиев, А. В. Топчиев и их сотрудники систематически изучали углеводороды нефти. Ими были разработаны способы разделения нефти, низкотемпературные процессы получения ацетилена на основе метана, дегидрогенизации бутана и пентанов соответственно до бутадиена и изопрена, этилбензола и изопропилбензола — до стирола и a-метилстирола, циклогексановых углеводородов — до ароматических. Открыты и детально изучены реакции C₅- и C₆-дегидроциклизации алканов в соответствующие циклопентановые, циклопентеновые и ароматические углеводороды (Н. Д. Зелинский, Б. А. Казанский, Б. Л. Молдавский и др.). Эти реакции наряду с дегидрогенизационным катализом Зелинского представляют важнейшее звено в процессах риформинга, в промышленном синтезе бензола и других индивидуальных ароматических углеводородов. Большое число работ выполнено в области гидрогенизации углеводородов: выяснены закономерности гидрогенизационного катализа (С. В. Лебедев. Б. А. Казанский, 1920—30); синтезированы модельные углеводороды по схеме: спирты — олефины — парафины (А. Д. Петров, Р. Я. Левина и др., 1940-е гг.). Принципиально важным для теории этих синтезов было открытие реакций гидрополимеризации и гидроконденсации (Я. Т. Эйдус и Н. Д. Зелинский, 1926—48).

  Работы в области изомерных превращений ацетиленовых углеводородов в школе А. Е. Фаворского, продолжавшиеся более 50 лет (с 1880-х гг.), позволили установить взаимные переходы между ацетиленовыми, алленовыми и диеновыми соединениями, определить условия их устойчивости, изучить механизм изомеризации и полимеризации диенов, найти структурные закономерности, относящиеся к внутримолекулярным перегруппировкам. Исследования димеризации и полимеризации ацетиленовых углеводородов и гидратации полученных продуктов привели к синтезу ряда ацетиленовых спиртов и карбонильных соединений, а также соединений стероидного типа (И. Н. Назаров, 1940-е гг.), и к промышленному синтезу хлоропренового каучука (А. Л. Клебанский, И. М. Долгопольский, 1932—34). Систематические исследования в области нитрования углеводородов привели к получению многих практически важных нитропроизводных (А. И. Титов, С. С. Новиков, А. В. Топчиев, 1940—60).

  Разработан т. н. кумольный процесс, позволяющий получать на основе бензола и пропилена (через кумол) ацетон и фенол (П. Г. Сергеев, Р. Ю. Удрис, Б. Д. Кружалов, 1947). Работы в области крекинга и алкилирования углеводородов позволили получать необходимые изоалканы для производства высокооктановых бензинов, а также индивидуальные углеводороды — промежуточные продукты органического синтеза. Универсальные методы синтеза циклопропановых и циклобутановых углеводородов были разработаны Н. Я. Демьяновым, Н. М. Кижнером, Б. А. Казанским и др.

  Изучен механизм реакций и определены условия жидкофазного окисления парафиновых углеводородов с получением жирных кислот, спиртов, альдегидов.

  Элементоорганические соединения. Этот раздел химии превратился в СССР в обширную область, занимающую пограничное положение между неорганической и органической химией. В 1920-е гг. преимущественно изучались магний- и натрийорганические соединения (П. П. Шорыгин, Н. Д. Зелинский, В. В. Челинцев, А. П. Терентьев), а затем в практику вошли литийорганические (К. А. Кочешков, Б. М. Михайлов и др.). В 1929 открыт новый метод получения ртутьорганических соединений (реакция Несмеянова), ставший основой синтеза многих органических производных тяжёлых металлов вообще. В 30—40-е гг. на основе этого метода синтезированы соединения олова, свинца, висмута, таллия, цинка, сурьмы и т. д.; изучены их свойства, открыты новые типы реакций (А. Н. Несмеянов, К. А. Кочешков, Р. Х. Фрейдлина, О. Л. Реутов и их сотрудники). Были изучены разнообразные реакции ониевых (хлорониевых, бромониевых и иодониевых) соединений. Исследованиями А. Е. Арбузова заложены основы химии фосфорорганических соединений. Б. А. Арбузовым, М. И. Кабачником, А. В. Кирсановым и их сотрудниками разработаны способы получения фосфорорганических инсектицидов, негорючих полимеров, смазок, пластификаторов.

  С 40-х гг. стала изучаться химия фторорганических соединений (И. Л. Кнунянц и его школа, Н. Н. Ворожцов, А. В. Фокин, А. Я. Якубович, Б. Л. Дяткин и др.), получены фторсодержащие производные практически всех классов органических соединений. Разработаны доступные, в том числе промышленные, методы синтеза фторорганических соединений; изучены нуклеофильное и электрофильное присоединение к ненасыщенным системам, природа p-связи фторолефинов, вопросы сопряжения, анодное фторирование ароматических соединений, прямое фторирование урацила (для получения противоопухолевого препарата 5-фторурацила) и т. д. Разработаны методы получения органических соединений элементов III гр., в том числе борорганических соединений (Б. М. Михайлов и др.). Исследованы многочисленные реакции ценовых соединений переходных металлов, в том числе получение полимеров на основе производных ферроцена.