中心的主要科研方向包括：过程工业系统仿真技术研究与应用、系统安全工程、复杂过程监控与故障诊断等。

中心从创立至今已有三十余年，一直从事过程工业系统仿真技术研究，并致力于将仿真技术与生产、生活实际需求相结合，将仿真技术应用到化工、制药、污水处理、风力发电、电梯等各个行业生产培训、教育中。研究设计并开发了大量的高精度仿真模型与软件，主要包括：30万吨/年合成氨、常减压蒸馏、催化裂化反再系统、轻油裂解系统等数十种。这些软件可以高精度地模拟装置开、停车以及常见事故模式下的工况变化，已经在近百所高校以及中石化、中石油等企业中得到了广泛应用，实际效果良好。并获得国家科技进步三等奖、化工部科技进步二等奖等。

在传统仿真软件基础上，中心在国内提出了半实物仿真的概念，将传统的计算机仿真与实际过程设备相结合，使得仿真系统更加立体化，提高了系统的真实性以及培训效果。主要产品包括：多功能过程与控制仿真实验系统（MPCE-1000）、高级多功能过程控制实训系统（SMPT-1000）、风力发电实训系统（EWT-1000）等等。

在此基础上，中心提出了多用途半实物仿真工厂的概念，以化工企业为蓝本，真实反映企业设计、建设、运营和维护等全生命周期内容，突出一体化设计、一体化实施及一体化运营的理念。工厂以实物和仿真软件相结合，采用典型的工艺流程，运用测试级高精度动态仿真技术，结合工业现场真实设备、仪表及工业控制系统（DCS、SIS）进行构建，全面模拟生产工艺过程。目前在全国多所高校建立了以多用途半实物仿真工厂为核心的实训中心、实训基地等。并联合所在学校申请并获得多项教学成果奖励。

与此同时，近年来，中心以系统仿真技术为研究手段与基础，开展了系统安全工程的深入研究，并取得了较大的进展。2003年研究与开发完成基于定性SDG推理计算机自动危险与可操作性（HAZOP）软件。该软件已经获得国家软件注册，并在辽化脱氢装置、齐鲁苯乙烯装置、扬巴乙二醇装置、神华煤炼油装置、镇海炼油装置、哈尔滨炼油厂、四川石化、神华集团等炼化企业得到了广泛应用，效果良好。该项计算机辅助HAZOP技术被国家安全生产监督管理局定为100项重点推广的安全技术之一，2009年获得安全生产科技成果奖部级一等奖。