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Nach dem zweiten Weltkrieg wurden eine Vielzahl von Entdeckungen im Grenzgebiet zwischen Biologie und Chemie gemacht. Dazu zählt die weitgehende Aufklärung der Reaktionen bei der Fotosynthese und die Klärung der Struktur der DNA als Überträger der Erbinformation. Mit der Molekularbiologie und der Gentechnologie bildeten sich neue Spezialgebiete der Naturwissenschaft heraus.
Mithilfe der Röntgenstrukturanalyse ließen sich auch die Strukturen komplizierter Moleküle beschreiben und damit wurde die Grundlage für deren Synthese geschaffen. Auf diese Weise wurde eine Vielzahl von neuen Arzneistoffen, Schädlingsbekämpfungsmitteln oder Waschmittelzusätzen entwickelt. Dabei kam es nicht nur auf die Wirkung der Stoffe sondern zunehmend auch auf deren Umweltverträglichkeit an. Die Eutrophierung der Gewässer und der beginnende Abbau der Ozonschicht wiesen darauf hin, dass die Natur nicht unbegrenzt mit den Abprodukten der menschlichen Zivilisation belastet werden kann.
Außerdem arbeiteten Physiker und Chemiker an der Erschließung neuer Energiequellen. Dabei stand noch die Kernenergie im Zentrum des Interesses, auch wenn die alte Idee der umweltverträglichen Brennstoffzellen bereits wieder aufgegriffen wurde. Der hohe Entwicklungsstand der Werkstoffchemie und der Astrophysik ermöglichte in den 60er-Jahren die bemannte Raumfahrt.

Der Siegeszug der Computertechnologie, speziell die Entwicklung von Personalcomputern, eröffnet auch der chemischen Forschung neue, bisher ungeahnte Möglichkeiten. Die Leistungsfähigkeit vieler Analyseverfahren wird erheblich verbessert, sodass u. a. in der Dopinganalytik und in der Kriminaltechnik (genetischer Fingerabdruck) beachtliche Erfolge erzielt werden. In Zusammenarbeit von Chemikern, Biologen und Informatikern gelang es 2004 sogar, das menschliche Genom vollständig zu entschlüsseln.
Mit der Biotechnologie entwickelt sich ein neuer innovativer Industriezweig, in dem hoch wirksame Arzneistoffe und neue Werkstoffe mit biochemischem Methoden hergestellt werden. Große Hoffnungen setzt man auch in neue anorganische Werkstoffe, z. B. in die Nanotechnologie und die Hochtemperatursupraleiter, die den Strom bei der Siedetemperatur von flüssigem Stickstoff praktisch verlustfrei leiten.
Überdeutlich wird gegen Ende des 20. Jahrhunderts die Notwendigkeit einer nachhaltigen, umweltverträglichen Entwicklung der Menschheit. Die Ursachen des anthropogen verursachten Ozonlochs und des Treibhauseffekts wurden erkannt und auf Internationalen Umweltkonferenzen wird versucht, die Entwicklung zu stoppen. Neu entwickelte Kunststoffe und Tenside müssen biologisch vollständig abbaubar sein. Die Vermeidung von Abfällen und die mögliche Nutzung nachwachsender Rohstoffe steht schon bei der Konzeption von Industrieanlagen im Vordergrund. Eine Reihe von neu gegründeten Umweltorganisationen schärft das Bewusstsein der Öffentlichkeit für eine effizientere Nutzung der Ressourcen. Der Super-GAU von Tschernobyl 1986 läutete das Ende der Kernenergie in Westeuropa ein und es wird verstärkt an der Nutzung alternativer Energiequellen (Wind, Wasser, Wasserstoff, Sonnenenergie) gearbeitet.