효성화학의 본격적인 시작은 1971년 국내 최초로 민간 기업 부설 기술연구소를 설립하면서였다. 당시 민간 기업의 기술 연구소 설립은 매우 혁신적인 시도로 평가되었다. 이후 지속적인 연구개발의 결실로 1979년, 효성화학은 PET 병용 칩 개발에 성공하며 기술력을 인정받기 시작했다. 1981년, 청량음료용 PET수지 2종이 미국 FDA 승인을 획득하면서 글로벌 시장 진출의 발판을 마련했다. 이어 1983년, 국내 최초의 컴파운딩 전문공장을 안양에 준공하였고, 1984년에는 PP수지와 Epoxy 수지 개발에도 성공하며 화학소재 산업에서의 입지를 다졌다.
1990년대는 효성화학이 프로필렌 사업에 본격적으로 진출한 시기였다. 1990년, 울산 용연에 프로필렌 공장을 준공했고, 이듬해 3월에는 프로판 탈수소(DH) 공장도 가동을 시작했다. 같은 해 9월, 울산 용연공장에서 폴리프로필렌(PP) 상업 생산을 개시하면서 프로필렌 사업의 기틀을 마련했다. 이후 1993년, 일본 JSW사의 기술을 도입해 이축연신 나일론 필름 제조 칩을 개발했고, 1996년에는 국내 화섬업계 최초로 ISO 9001 인증을 획득했다. 같은 해 11월, 울산 용연 1공장에서 폴리프로필렌(PP-2) 증설을 완료하며 생산 능력을 강화했다. 1997년, TPA 공장을 준공해 사업 포트폴리오를 확장했다.
2000년대 초반 효성화학은 연구개발에 집중하며 차별화된 제품을 선보였다. 2000년, 국내 최초로 우유 PET 병(240ml)을 개발했고, 같은 해 PP 신촉매 개발에도 성공하며 소재 기술의 경쟁력을 높였다. 이어 2001년, 세계 두 번째로 저온 접착이 가능한 열접착성 수지를 개발하고, 아시아 최초로 온돌용 및 냉온수용 파이프용 PP 소재 ‘R200P’를 선보이며 시장을 선도했다. 2003년부터 포케톤 연구개발에 착수하며 고성능 신소재 분야에 도전했다. 2012년, 울산 용연공장에 연산 1,000톤 규모의 포케톤 생산설비를 구축했고, 2013년 세계 최초로 폴리케톤 상용화에 성공하면서 고부가가치 소재 시장을 개척했다.
2018년, 효성화학(주)은 효성그룹의 인적분할을 통해 독립법인으로 출범했다. 베트남 시장 진출을 위해 Hyosung Vina Chemicals 법인을 설립하고, 같은 해 10월에는 Port Co., Ltd를 흡수합병하며 글로벌 생산 기반을 확대했다. 효성화학은 지속가능 사업에도 진출한다. KIST와 협력해 기체차단 포장 필름소재 개발에 착수했다. 2021년, 한국기업지배구조원(KCGS)으로부터 ESG 평가 A+ 등급을 획득하며 지속가능 경영을 강화했다.
PP/DH PU에서 일상생활에서 가장 많이 사용되는 플라스틱 원료인 폴리프로필렌(PP) 수지를 생산한다. 99.7% 초고순도 프로필렌으로 PP를 생산하며, 파이프용, 시트용, 내열가전용, 고충격 BCP용, TWIM용, 투명용기용, 의료용, 특수필름용, TER-PP, 컴파운딩용 등에 사용된다.
2013년 효성화학이 세계 최초로 상용화한 엔지니어링 플라스틱으로, 브랜드명은 포케톤(POKETONE™)이다. FDA 인증과 음용수 관련 인증을 받아 정수기나 식품용 컨베이어벨트 부품, 장난감 소재로 사용된다. 기어, 자동차 부품, Packaging, E&E, 식품 포장 및 차단 필름, 파이프 등에도 사용된다.
PET 필름과 나일론 필름을 생산한다. PET 필름은 포장, 전기전자, 광학, 접착 등의 분야에 사용되며, 나일론 필름은 1996년 첫 생산 이후 2018년 중국 자싱, 2023년 취저우 법인 증설을 통해 생산량을 확대했다. 나일론 필름은 식품 포장, 제약, 리튬 2차 전지 등의 분야에 사용된다. 1996년 처음으로 시장에 진출하였다.
반도체 및 디스플레이 제조공정에 사용되는 NF3와 20%F2N2,, 등의 특수가스를 생산한다. NF3는 반도체 및 디스플레이 제조 공정의 CVD Chamber 세정용으로, 20%F2N2는 반도체 LP_CVD 장비의 Chamber 세정용으로 사용된다. 2024년 12월 효성티앤씨가 효성화학의 특수가스 사업을 인수했다.