石油化工产业是惠州市高新技术产业发展的另一大引擎。以中海壳牌80万吨乙烯和中海油1200万吨炼油项目为龙头，惠州市大亚湾经济技术开发区充分依托优越的地理位置、海运条件以及市场优势，面向国内外市场，重点发展高附加值、高技术含量的石化深加工产品、高新技术材料、专用化学品和精细化工产品。
目前该区已落户石油化工企业30多家，包括中海壳牌石油化工有限公司、中海石油炼化有限责任公司惠州炼油分公司、中海石油基地集团有限责任公司惠州油品化工分公司、广东惠州天然气发电有限公司等，涉及聚乙烯、聚丙烯、聚醚多元醇、各种油品、合成橡胶、化纤、有机玻璃、多种化工原料等产品。
同时，引进先进的生产、环保技术和科学的管理理念，坚持科学发展观，走新型工业化道路，实施区内产品项目一体化、公用工程辅助设施一体化、物流运输一体化、环境保护一体化和管理服务一体化的“五个一体化”配置，为石化产业发展提供良好条件。
预计到2015年，惠州市可以形成总投资近2180亿元，年产值达1600亿元的石化产业基地。经过约20年的发展，在大亚湾打造产值近2000亿元的世界级石化工业基地。