Prosessilaitoksen suunnitteluun kuuluu erilaisten prosessien suunnittelu, joita tarvitaan tietyntyyppisten materiaalien fyysisen tai kemiallisen muutoksen aikaansaamiseksi. Prosessilaitoksen suunnittelua voidaan käyttää uuden laitoksen suunnitteluun tai olemassa olevan laitoksen laajentamiseen tai muuttamiseen. Vaikka prosessi alkaa yleensä käsitteellisellä tasolla, prosessilaitoksen suunnittelu päättyy yleensä jonkinlaisen valmistus- tai rakennussuunnitelman luomiseen. Kemiallisen prosessilaitoksen suunnittelijat kirjoittavat yleensä erityyppisiä käyttöoppaita, joissa kuvataan yksityiskohtaisesti laitoksen käynnistämisen, käytön ja sulkemisen edellyttämät menettelyt. Näitä asiakirjoja voidaan tarvita myös laitoksen tuleviin muutoksiin.
Ennen monimutkaisen projektin aloittamista prosessilaitosten suunnittelijat keräävät tyypillisesti tietoja pienistä koelaitoksista sekä muista parhaillaan käytössä olevista suuremmista laitoksista. Prosessilaitoksen suunnittelu vaatii myös laajaa tietoa, joka on kerätty useista muista lähteistä, kuten testauslaboratorioista ja laitevalmistajista. Prosessilaitoksen suunnittelussa ei saa ainoastaan saavuttaa haluttuja tuotantotavoitteita; sen on myös pysyttävä tiettyjen muiden rajoitusten rajoissa. Nämä rajoitukset sisältävät tyypillisesti sellaisia asioita kuin tilan saatavuus, ympäristövaikutukset ja turvallisuuskysymykset sekä pääoma-, käyttö- ja ylläpitokustannukset.
Ennen ehdotuksen jättämistä uudesta prosessilaitoksesta tutkijat testaavat usein prosessia hyvin pienessä mittakaavassa. Näiden pienten testien tuloksia käytetään sitten määrittämään prosessin toteutettavuus paljon laajemmassa mittakaavassa. Yleensä tähän tarkoitukseen rakennetaan pieni koelaitos. Kerättyään tarvittavat tiedot koelaitoksesta tutkijat muodostavat yleensä prosessilaitoksen suunnittelutiimin, joka koostuu tutkijoista ja insinööreistä uuden laitoksen rakennussuunnitelmien laatimiseksi. Tämän ryhmän on myös kirjoitettava erilaisia käyttöohjeita.
Tyypillisen prosessilaitoksen suunnittelussa on otettava huomioon monenlaisia tekijöitä. Eri pumppujen ja putkien mitat, pituudet ja toimintaparametrit sekä veden ja sähkön saatavuus on määritettävä. Suunnitteluun on sisällytettävä myös lisäpumput ja putkistot, joita tarvitaan laitoksen käynnistämiseen ja sammuttamiseen. Suunnittelijoiden on myös suunniteltava menetelmiä tuotenäytteiden ottamiseksi tarvittaessa. Koko prosessilaitoksen suunnittelun jälkeen insinöörit käyttävät tyypillisesti tietokonesimulaatioita analysoidakseen parametreja, kuten virtausnopeutta, käyttöpaineita ja lämpötiloja varmistaakseen, että koko prosessi toimii turvallisesti ja tehokkaasti.