染料研究是沈阳院最早建立起来的专业领域。主要从事染料、有机颜料的合成研究，相关助剂和商品化加工应用的研究，以及中间体和其他功能性精细化学品的研究开发，是国内规模最大、专业配套齐全的染料专业研究机构。六十年来，沈阳院研究开发的各类染料、有机颜料、纺织印染助剂及各种染料中间体等技术成果被广泛推广应用于工业化生产，为推动国民经济建设和丰富人民群众物质文化生活发挥了重要作用。
截至2008年底，染料专业共获得省部级以上科技奖励57项，其中国家科技进步奖10项、省部级奖励47项；申请染料及精细化学品发明专利22项，授权16项。
近年来，通过深入开展与国内相关企业的横向技术合作，推动了行业技术进步和企业的发展。
染料研究
主要从事染料的合成、加工、应用与剂型的研究与开发。六十年以来，成功研究开发了活性、分散、酸性中性、直接、还原、碱性、冰染、荧光增白剂等各类染料，丰富了我国的染料品种，尤其是各类高应用性能染料的工业化研究，大大缩短了与发达国家的距离 。
颜料研究
主要从事有机颜料、溶剂染料的研究与开发。国内首创酞菁固相法合成技术，已实现多品种、多牌号、系列化。开发成功的浅色偶氮型有机颜料品种，在国内此类品种占有相当大的比重，苝系高档有机颜料的开发已取得多项成果，在国内首先推出永固紫合成及颜料化技术，并实现了工业化生产。各类杂环类高档有机颜料、溶剂染料的研究，尤其是系列苯并咪唑酮类有机颜料开发成功，由于其鲜艳的色光及良好的应用性能提高了着色剂的档次。在高档有机颜料的颜料化及表面处理技术作了大量的系统性研究，并取得了丰硕的成果。
中间体研究
主要从事染料、农药、医药中间体及精细化学品的开发与研究。同时也对行业中有重大影响的中间体品种进行了绿色工艺改造，近年来，开发成功H-酸、溴氨酸等字母酸系列品种。注重化工合成单元操作新技术的研究，例如溶剂法羧酸化技术、催化酰胺化技术。在催化定位卤化、催化氧化、磺化及催化加氢等单元操作也有系统性研究。将其研究成果实现工业化生产，取得较好的经济和社会效益。
助剂及功能材料研究
主要从事印染助剂、皮革助剂、表面活性剂、功能化学品、医药、染料等特殊中间体等的开发与研究。在此基础上向其它功能化学品扩展。研究团队实力强大，每年承担国家、省、市以及企业委托的各项科研任务十余项。平均每年申请中国专利3项，在各种杂志上发表文章3-4篇。以市场为导向积极接受国内、外企业委托的各项科研任务，并且均已实现工业化生产，在国内外及本行业具有较高的声誉。
染料信息中心
染料信息中心主要进行染料行业信息的收集和整理，并进行信息研究。负责中国化工学会染料专业委员会和全国染料工业信息中心的具体工作，编辑出版《染料与染色》、行业信息资料及专业手册等。