Das Institut wurde 1928 unter dem Namen Institut für Apparatebau und Verfahrenstechnik als erstes verfahrenstechnisches Institut in Deutschland gegründet. Geleitet wurde das Institut von Emil Kirschbaum, der nach Karlsruhe gekommen war, um den neuen Studiengang Chemieingenieurwesen aufzubauen. Das Institut war bis in die fünfziger Jahre hinein das einzige seiner Art in Deutschland. Hauptforschungsgebiete waren Apparate, wie Verdampfer, Trockner, Mühlen und vor allem Destillierkolonnen und die darin ablaufenden Vorgänge.

Im Jahr 1967 übernahm Ernst-Ulrich Schlünder die Leitung des Instituts, das seither seinen jetzigen Namen Institut für Thermische Verfahrenstechnik trägt. Die Hauptforschungsgebiete während seiner Amtszeit waren Wärme- und Stoffübertragung, Mehrphasenströmung, Thermische Trennverfahren und vor allem die Trocknungstechnik.

1998 wurde Matthias Kind zum dritten Leiter des Instituts. Unter seiner Führung wurden die bestehenden Forschungsgebiete Wärme- und Stoffübertragung, Thermische Trennverfahren und die Trocknung, fortgeführt, sowie der Forschungsbereich Produktgestaltung mit Projekten zur Kristallisation, Fällung und Trocknung dünner Filme neu aufgebaut.

2009 wurde zur Trocknung dünner Filme eine Arbeitsgruppe gegründet, die heute unter der Leitung von Wilhelm Schabel erfolgreich am IMT/LTI etabliert ist.

Die Forschungsschwerpunkte der von Thomas Wetzel  2009 übernommenen Professur Wärme- und Stoffübertragung sind das thermische Verhalten von Lithium-Ionen-Batterien und die Thermofluiddynamik ein- und mehrphasiger Strömungen konventioneller Fluide und von Metallschmelzen sowie deren Einsatz in der Prozesstechnik.

Seit dem Sommer 2024 hat Tim Zeiner als Nachfolger von Matthias Kind die Professur Thermische Verfahrenstechnik übernommen.

Das Institut wird von Thomas Wetzel und Tim Zeiner kollegial geleitet.