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.

  С работами в области химии элементоорганических соединений тесно связано решение ряда фундаментальных вопросов теории органической химии. А. Н. Несмеяновым и М. И. Кабачником сформулирована теория двойственной реакционной способности соединений, для которых нехарактерно классическое таутомерное равновесие. Изучение распада двойных диазониевых солей с галогенидами металлов и разложение металлоорганических соединений в растворах привело к важным выводам о механизме свободнорадикальных реакций и об относительной активности радикалов (А. Н. Несмеянов, Г. А. Разуваев и их сотрудники).

  Гетероциклические соединения. Начало работ в этой области положено А. Е. Чичибабиным, изучившим химию пиридина и других азотсодержащих циклов. В 1930—50-е гг. работы В. М. Родионова, Н. Д. Зелинского и Ю. К. Юрьева положили основание научным представлениям о взаимных каталитических превращениях пятичленных гетероциклов. Исследования в области химии фурана и тиофена привели к синтезу их многочисленных практически важных производных (Н. И. Шуйкин, Я. Л. Гольдфарб, С. А. Гиллер, А. П. Терентьев, Ю. А. Жданов). И. Л. Кнунянц нашёл новый тип гетероциклических соединений — пропиотиолактонов. Систематически изучались самые различные азотсодержащие гетероциклы. Синтезированы многие высокоэффективные фармацевтические препараты, инсектофунгициды и другие биологически активные вещества гетероциклического характера.

  Природные соединения. В 20—40-е гг. работы в этой области были почти всецело посвящены выяснению состава и строения различных природных соединений: терпенов (С. С. Наметкин, А. Е. Арбузов, Б. А. Арбузов), сахаров и целлюлозы (П. П. Шорыгин, С. Н. Данилов), алкалоидов (А. П. Орехов, А. Е. Чичибабин, В. М. Родионов, А. С. Садыков, С. Ю. Юнусов и др.). Но уже в 50-е гг. преимущественное развитие получили работы, заложившие основы биоорганической химии. В качестве объектов исследования на первое место выдвигаются биополимеры (белки, нуклеиновые кислоты, полисахариды) и биорегуляторы (гормоны, витамины, антибиотики). Основными методами исследования при этом стали новейшие физические и физико-химические методы. Проведён ряд успешных работ по выяснению сложной структуры гликопротеидов и природных углеводов (Н. К. Кочетков и др.).

  Высокомолекулярные соединения. Первые исследования в области синтеза высокомолекулярных соединений выполнены в конце 19 — начале 20 вв. А. М. Бутлеровым, И. Л. Кондаковым, Г. С. Петровым и др. Важное значение для формирования современных представлений о полимеризации имели ранние работы С. В. Лебедева по полимеризации диеновых и алленовых углеводородов (1908—13). Он же впервые (1928) разработал метод синтеза бутадиенового каучука и в 1932 организовал промышленное производство этого материала.

  С начала 1930-х гг. происходит формирование науки о полимерах как самостоятельной области химии, объединяющей в единое целое и развивающей весь комплекс представлений о путях синтеза высокомолекулярных соединений, их свойствах и свойствах тел, построенных из макромолекул. Существ. роль при становлении науки о полимерах в СССР сыграли труды В. А. Каргина.