セルロイドは、加工性、物性等からみて極めて優秀なプラスチックでしたが、硝酸セルロースを原料としていたため、燃えやすい、ということが唯一の欠点でした。その欠点を克服すべく、セルロイドの不燃化を目指し、酢酸セルロースを原料とするアセテートプラスチックを開発しました。

設立当初からセルロイド事業に続く新規事業として写真フィルム事業への進出を計画。
1928年に東京工場内に写真フィルム生地試験工場（フィルム試験所）を設置し、フィルム生地、感光剤ならびに塗布技術の研究を進め、神奈川県足柄をフィルム製造の最適地と判断して、工場建設に入りました。
将来、写真フィルム事業を大成させるためには、製造面でも販売面でもセルロイドとは異なる取組みが必要であるとの考え方から、1934年にその事業一切を継承する総合写真工業会社として、富士写真フイルム株式会社（現 富士フイルムホールディングス株式会社）を設立しました。

1933年に酢酸セルロース事業に着手することを決め、その原料である酢酸などに関して、カーバイドからの一貫生産によって自給し、併せて関連化学品をも開発するという大方針を決定しました。これが現在の有機合成事業の起源です。安価で豊富な電力の供給が得られ、良質で豊富な石灰原石山が近隣にあり、工業用水が豊富にあることから、新潟県新井地区が最適地であるという結論に達し、1935年に新井工場を新設、カーバイドからアセチレン、アルデヒド、酢酸、無水酢酸、酢酸セルロース、酢酸エチル、アセトンと順次製造を開始しました。酢酸セルロースの主原料である無水酢酸の製法は、高純度の製品が製造できるケテン法が採用され、その後、ケテン誘導体などの生産に繋がっています。

当社の発射薬の製造は、第1次世界大戦下、当時まだ合併前の日本セルロイド人造絹糸株式会社と呼んだ頃の網干工場において、ロシアなどの諸外国からの注文を受け、一時期発射薬を製造したのが最初です。その後、太平洋戦争下において陸海軍の命を受け、製造を行い、戦後、全面的に民需再建用に転換しました。1950年、朝鮮戦争勃発による弾薬の特需があり、発射薬事業が再開しました。1953年、網干工場に隣接する海岸側の土地に発射薬製造の専用工場として網干化工工場を新設しましたが、翌1954年、火薬製造および貯蔵という特殊性にかんがみ、あらたな立地を求めて、網干化工工場河内分工場（現 播磨工場）を新設しました。

たばこの煙を濾過することによって有害物質を除こうという試みが行われており、アセテートフィルターはたばこの香喫味を損なわずに適度にニコチン・タールを吸着するなどの特徴をもつことから、1951年にアメリカではじめて実用化されました。1956年から日本専売公社（現 日本たばこ産業株式会社）と共同でフィルター・トウの研究開発にあたり、1958年にアセテート・トウの国産化に成功し、量産をスタートさせました。

天然グリセリンを安価な合成グリセリンに代替するため様々な製法を検討した結果、過酢酸を用いた独自の製法を考案し、過酢酸法合成グリセリンの企業化を行いました。この技術は特異性を認められ、通産大臣賞や日本化学会化学技術賞と化学工学協会技術賞を受賞しました。しかしながら、投資額は巨額になったうえに、オイルショックなどの環境変化により、1992年に事業を収束させました。合成グリセリン事業は棘の道を歩みましたが、過酢酸を用いた酸化反応技術は現在の脂環式エポキシやカプロラクトンの事業に生かされています。

セルロイドは、消費者嗜好の多様化を背景に商品開発を進め、メガネフレーム、卓球用ボールなど様々な用途に使用され、その国内生産量は最大で年間1万トンを超える規模まで拡大しました。戦後、合成高分子系プラスチックスの需要は拡大する一方、セルロイドの生産は労働集約型であったためコストダウンには限界があり、その生産量は1980年代終わりには年間200トン程度まで縮小しました。その後、当社の祖業でかつ伝統ある事業を継続するために、様々な施策を重ねてきましたが、国内生産での事業存続は困難となり、中国での生産を決断しました。合弁会社設立後、徐々に生産を移管し、1996年4月をもって国内での生産を終了しました。

当社の社名は、創立時の大日本セルロイド株式会社から1966年にダイセル株式会社、1979年にダイセル化学工業株式会社と変遷してきました。当社は、セルロース化学、有機合成化学、高分子化学、火薬工学をコア技術に事業領域を拡大してきましたが、近年、自動車エアバッグ用インフレータに代表される組立加工型事業がコア事業に成長するなど事業の領域が化学工業の枠にとどまらなくなり、これからも化学をベースに、独自の技術・ノウハウで「化学工業」の枠を超えて発展していくという意思を社内外に示していくために、現在の「株式会社ダイセル」へ社名変更を行いました。

ポリプラスチックス株式会社は、1964年にセラニーズ社との合弁で設立して以来、両社の相互協力により発展してきました。しかし、激しく変化するビジネス環境でさらに成長するためには、より迅速で柔軟な意思決定が必要と考え、セラニーズ社との継続的で真摯な対話を経て、2020年7月、セラニーズ社が子会社を通じて保有するポリプラスチックス株式会社の全株式を当社が取得する旨の合意に到達しました。そして、2020年10月に、ポリプラスチックスの株式追加取得を完了し、ポリプラスチックス株式会社は当社の完全子会社（100％子会社）となりました。