物理化学是化学中一个内容十分广泛的分支学科，它以物理学的原理和实验技术为基础，研究化学体系所遵循的规律的学科，是化学的理论基础，有时又称它为理论化学，物理化学的内容大体上可分为三个方面：

       1．化学热力学

       化学热力学是将物理学中的热力学基本原理，用于化学体系研究宏观平衡态的性质及规律。物理学中热力学所依据的基本规律是热力学第零定律、热力学第一定律、热力学第二定律和热力学第三定律。从这些定律出发，用数学方法加以演绎推论，结合热化学数据用以解决化学体系发生的化学变化和物理变化的方向和进行的限度问题。根据体系的物态和性质，它又有若干分支学科：热力学、电化学、溶液化学、胶体与表面化学等。

       2．化学动力学

       化学动力学是研究由于化学或物理因素的扰动而使体系中发生的化学变化过程的速度和变化机理。它的分支学科有：催化、分子反应动力学，光化学、分子动态物理化学和分子激发态谱学等。

       3．结构化学和量子化学

       结构化学是将现代物理学中建立的物理理论和实验方法（例如光谱学、光的衍射原理和技术、固体物理学和量子力学等）和化学融合在一起，用于研究原子，分子和晶体中原子和分子的空间结构、电子状态和化学键等内容，归纳出物质在原子-分子水平上的微观结构规律、微观结构和宏观性能相互联系的规律，并将所得结果应用于化学各个分支学科中，并形成多种分支学科，如：晶体化学、无机结构化学、有机结构化学、量子有机化学、量子无机化学、超分子化学等。

       量子化学是将量子力学的原理和方法应用于研究化学问题的一门基础学科。量子力学是根据电子、原子和分子等微观粒子具有波粒二象性的运动特征和运动规律，遵循它们的量子化特性和统计性特征建立起来的。1929年，海特勒-伦敦首次用薛定谔方程计算最简单氢分子的能量和电子能级，获得很大的成功，这是量子化学学科的开创性工作。量子化学已成为现代物质结构理论的基础。量子化学的主要内容是通过求解微观体系的薛定谔方程，得到原子及分子中电子运动和核运动的波函数及相应的能量，揭示它们相互作用的图像及化学键的本质，解释各种图谱对应的微观结构，了解分子的稳定性及化学反应机理，说明结构和性能的关系。随着新的理论和计算技术的发展，量子化学在化学领域中的作用日益增长。量子化学是发展各个新兴的化学分支学科的重要理论基础，是指导化学家去开发和制备各类新材料的依据。