国外生物柴油生产原料主要是以农林生产的植物油脂为主，采用碱催化工艺；国内以废弃油脂为原料，主要采用酸催化酯化和碱催化酯交换工艺。
油脂中的主要成分是甘油三酯，一分子甘油三酯与三分子甲醇（或乙醇，由于价格因素，目前普遍使用甲醇）在催化剂或高温高压下酯交换反应，生成三分子脂肪酸甲酯和一分子甘油。催化剂多为酸性催化剂、碱性催化剂及生物酶催化剂等。碱性催化剂是目前使用最广泛的催化剂，分为液相和固相碱催化，液碱催化技术应用较为普遍，代表性的工艺有鲁奇工艺；固体碱催化工艺代表性的技术为法国石油研究院开发的Estcrfip-H固体碱两段反应工艺。
该工艺以精制油脂为原料，采用二段酯交换和二段甘油回炼工艺，催化剂消耗低，是目前世界上应用最多的技术。其原则流程如图1所示。油脂、甲醇与催化剂进入第一级酯交换反应器，在搅拌下反应，生成的混合物分离甘油相后进入第二级反应器，补充甲醇和催化剂进行反应，反应产物溢流进入沉降槽分离。分离后的粗甲酯经水洗后脱水得到生物柴油。
鲁奇公司两级连续醇解工艺与常用二段酯交换工艺的区别和优势在于：第二段酯交换后分离出的含有较高浓度甲醇和含液碱催化剂的甘油一起作为原料直接进入第一段酯交换反应器参与反应，从而减少催化剂用量。该工艺的缺点是对原料要求苛刻，生产过程中废液排放较多。
该工艺采用尖晶石型的混合金属氧化物固体碱催化剂，在较高的反应温度下进行，采用两段反应以提高转化率（见图2）。该工艺酯交换的温度比均相反应的温度高，加入的甲醇过量。油脂和甲醇经过第一级固定床反应器后，部分闪蒸甲醇，并进行甘油沉降分离，上层粗脂和补充的甲醇一起进入二级固定床反应器，然后再闪蒸甲醇、进行甘油沉降和分离，对上层粗脂进行减压蒸馏并脱甘油，得到生物柴油，纯度超过99%，油脂的转化率接近100%。该工艺与以氢氧化钠或甲醇钠为催化剂的液相反应相比，废水排放少，甘油浓度高（超过98%，而液相反应得到的甘油相纯度仅为80%）。
国内牌生物柴油生产技术主要是以常规酸碱和改性酸碱、固体分子筛等为催化剂的酯交换工艺。近年来，包括常压反应分离耦合的酯交换工艺、酶催化酯交换工艺、固体碱催化酯交换工艺，酶催化醇解工艺、双溶剂多相催化醇解工艺和超声波强化传质醇解工艺等在内的一系列生物柴油生产技术都在开发应用之中。
中国石化股份有限公司石油化工科学研究院(RIPP)开发的超近临界甲醇醇解工艺(SRCA工艺)于2009年已经成功应用于中国海油海南东方生物能源有限公司6万吨，年生物柴油装置上。与传统工艺相比，SRCA工艺不使用催化剂，在6.5-8.5MPa压力下进行反应，对原料适应性强，可适用于废弃油脂、棕榈油以及桐籽油，高酸值油脂能够直接加工，不需要脱酸预处理；产品收率高，质量可达到国家柴油机燃料调合用生物柴油BD100质量标准；副产甘油的浓度达90%，甘油精制成本不到传统工艺的一半。废渣、排放不到传统工艺的40%，废水不到20%，废水中不含酸碱，处理成本低。SRCA工艺流程如图3。
根据凝点和酸值可以把生物柴油的原料——各种动植物油脂分为四大类：低凝点中性油(例如菜子油、豆油、芥末籽油、煎炸废油、泔水油、厨房通风系统的凝析油、从多种野生树木的种子得到的油品等)、高凝点中性油(例如棕榈油、牛羊鱼等动物油)；高凝点酸性油(如地沟油、棕榈油下脚料等)、低凝点酸性油(如酸化油脚、腐败的植物油)。比较好用的是低凝点低酸值的原料，即豆油、菜子油等。国外用的多是是菜子油、豆油等酸值低、成分简单，容易转换为生物柴油的原料，
美国主要以大豆油、芥末籽油、欧盟等主要以菜籽油为原料生产生物柴油。但是种植油菜、大豆需要大量土地，而且因为所生产的生物柴油价格较高，欧美都对生物柴油的生产有政策性的补贴。
我国地少人多，不可能大面积种植油料作物，而且实行政府财政直接补贴也不太现实，所以不能效仿欧美利用可耕地大量种植油料作物。我国生物柴油原料的特色是一方面利用野生含油树木种子，一方面利用大量的废弃油脂(包括地沟油、泔水油、煎炸废油、烤制食品过程中产生的动物性油脂、动物制品下脚料经处理得到的动物性油脂、厨房凝析油、酸化油脚)，为废弃油脂特别是地沟油找到出路，使地沟油重新得到利用。
在野生树木种子方面，我们国家应该分三个阶段进行。首先我国应该广泛利用野生油料树木种子，充分利用现有的资源；第二阶段，在充分考虑到生物多样性、不破坏自然生态平衡的前提下，适当种植野生油料树木；第三阶段是发展工程藻类和基因改良的油料树种。
目前我国生物柴油生产企业超过50家。产能超过200万t/a。实际产量2012年约88万t、2013年95万t。2014年受国际原油价格暴跌影响，产量下降至70万t左右。今年产能会继续增加，产量受原油价格影响不会有大的增加。消费市场主要是柴油调和（B5)、环氧增塑剂、农药溶剂等。也有在开发其他用途：如涂料溶剂、矿（煤、磷矿等）用浮选剂等。
纯净的甘油本身是一种重要的化工原料，广泛应用于食品、医药、纺织和化妆品等行业中，但这些行业对甘油的纯度要求较高，生物柴油生产过程中产生的粗甘油，由于原料和方法不同，其中的杂质性质和含量也不相同，粗甘油中一般还有甲醇、脂肪酸、脂肪酸甲酯以及部分催化剂，精制时需要经过中和、脱醇、、脱酯、脱水、脱臭及脱色等过程，才能达到工业甘油的要求。工业连续化生产装置中片油层中的甘油含量大约为50%，经过中和脱盐和简单的除醇后，甘油含量可达到80%-85%，此时可作为工业甘油出售，大部分生物柴油企业都选择此种途径处置致使近年来粗甘油价格不断走低。相对粗甘油而言，精甘油市场则相对比较稳定，但要将粗甘油进一步精制为高纯甘油，则需经过减压蒸馏，以避免蒸馏温度过高造成甘油分解和聚合，该过程能耗巨大，且无法避免甘油发生副反应而造成蒸馏设备结焦。工业上另一种制取高纯甘油的工艺是离子交换法，离子交换法操作难度较低，能耗也小，但对处理有害杂质过多的工业甘油时，会造成离子交换树脂使用寿命缩短的问题。杨运财等的实验结果表明，两种方法甘油的收率都低于90%。
由于生物柴油副产粗甘油产量巨大，国内外许多研究集中在开发工业甘油衍生化合物上。这些新的利用途径文献报道数量众多，但综合考虑到其下游产品也应具有较大用量篇求，最有可能工业化的应在甘油衍生物如丙二醇、丙烯醛、丙烯腈等化工产品。
1,2-丙二醇主要用于生产不饱和聚酯的原料，其次用于制药、化妆品和洗涤等行业。生产厂家数量较多，最大的生产商为陶氏化学，最主要的合成路线为环氧乙烷水合法，国内则主要采用碳酸丙烯酯与甲醇的醇解工艺路线。由生物柴油副产甘油通过催化选择化加氢技术为1,2-丙二醇生产提供了新的思路。
丙烯醛是最简单的不饱和醛，为重要的合成中间体，广泛用于树脂生产和有机合成中。其工业合成路线包括气相缩合法、丙烯氧化法。目前采用甘油在催化剂作用下脱水法生产丙烯醛则尚处于试验研究阶段。在液相中催化脱水时，随着甘油转化率的上升，反应选择性将降低，催化剂用量较大。因此开发适合的催化剂及合适的工艺路线是此路线的研究重点。2008年AvelinoCorma等尝试了在FCC提升管反应器中将甘油与水在ZSM-5分子筛催化作用下气相脱水生成丙烯醛的反应,研究此法可使甘油达到较高转化率，催化剂也可实现循环利用。
丙烯腈是三大合成材料的重要单体，用作ABS树脂，丙烯酸类纤维和丁腈橡胶等大宗产品的原料。现有生产方法包括氰乙醇法、乙炔法和丙烯氨氧化法，其中“丙烯氢氧化法为主。Cuerrero等的研究表明甘油和氨在VSbNb/Al基催化剂的作用下，在400℃左右，可通过一步法或两步法反应生成丙烯腈，甘油转化率可达到70%以上，生成丙烯腈的选择性也可达到55%以上。
其他有较大价值化工产品的甘油转化途径还包括通过选择性氧化生成甘油酸、二羟基丙酮(DHA)以及通过与氯化剂的反应生成二氯丙醇进而转化为表氯醇等。
粗甘油作为从可再生资源中得到的副产品，也有较多的研究者将其应用锁定在能源产品的生产上。这些能源产品包括氢气、合成气以及甘油烷基醚等。
氢作为清洁能源，作为二次能源，可能是将来最有可能连接“过程性能源”和“曹能体能源”的桥梁，随着氢燃料电池技术的不断发展，利用生物质制氢可能成为解决人类能源危机的理想方案。从甘油制氢的技术方案包括蒸汽重整、部分氧化、热裂解、水相重整、微生物光发酵等，其中，研究较多的是蒸汽重整技术。Adhikari等研究了Ni/MgO，Ni/TiO2和Ni/CeO2等催化剂的催化重整效果，结果表明在650℃下，Ni/MgO催化作用下，可达到56.5%的产氢效率。Slinn等采用Pt/Al2O3催化剂进行重整产氢的研究则表明，粗甘油中的所有组分都具有转化为的能源产品的潜力。Sabourin等则利用沼泽红假单胞菌的光合作用处理粗甘油，产氢收率可选75%。
甘油烷基醚作为新型的含氧燃料添加剂，具有调节燃料流动性能和凝固性能，提高燃料燃烧性能，降低有害物质排放的功能。甘油烷基醚主要是由甘油与其他各种醇类进行分子间脱水或与烯烃加成反应进行制备。最主要的研究集中在甘油与叔丁醇以及FCC汽油的醚化反应上，研究的重点则是醚化反应的催化剂体系。
甘油作为一种糖醇，比较容易被畜禽的肠道吸收，研究表明其在代谢过程中，代谢能量值接近其总的能量值，因此其有可能作为一种高教的能量饲料替代品。美国联邦法典确定了“合理的饲料生产方式或饲喂方式使用甘油的安全性。研究者尝试了将甘油添加进各类畜禽的饲料中，结果表明其在适量添加时，其具有较好的替代性能。当然，在实际应用时，仍需注意粗甘油的质量问题，如甲醇残留等。
随着生物柴油在各国使用的日益广泛，其副产物粗甘油有工业化价值的综合利用研究对稳定现有甘油市场和提高生物柴油生产教益具有重要意义。限于技术限制及生物柴油的应用状况，目前的利用途径仍以直接推向粗甘油市场为主，短期内，国外可能以饲料添加为主，此后的利用途径可能转向丙二醇等化工原料，随着生物柴油逐渐取代石化柴油，其最终的利用途径可能转向能源产品。