物理化學(xué)是在物理和化學(xué)兩大學(xué)科基礎(chǔ)上發(fā)展起來的。它以豐富的化學(xué)現(xiàn)象和體系為對象，大量采納物理學(xué)的理論成就與實驗技術(shù)，探索、歸納和研究化學(xué)的基本規(guī)律和理論，構(gòu)成化學(xué)科學(xué)的理論基礎(chǔ)。物理化學(xué)的水平在相當大程度上反映了化學(xué)發(fā)展的深度。

隨著科學(xué)的迅速發(fā)展和各門學(xué)科之間的相互滲透，物理化學(xué)與物理學(xué)、無機化學(xué)、有機化學(xué)之間存在著越來越多的互相重疊的新領(lǐng)域，從而不斷地派生出許多新的分支學(xué)科，如物理有機化學(xué)、生物物理化學(xué)、化學(xué)物理學(xué)等。物理化學(xué)還與許多非化學(xué)的學(xué)科有著密切的聯(lián)系，如冶金過程物理化學(xué)、海洋物理化學(xué)。一般公認的物理化學(xué)的研究內(nèi)容大致可以概括為三個方面：1.化學(xué)體系的宏觀平衡性質(zhì) 以熱力學(xué)的三個基本定律為基礎(chǔ)，研究宏觀化學(xué)體系（含有分子數(shù)目量級在10左右的體系）在氣態(tài)、液態(tài)、固態(tài)、溶解態(tài)以及高分散狀態(tài)的平衡態(tài)物理化學(xué)性質(zhì)及其規(guī)律性。由于以平衡態(tài)為前提，時間不再是變量。屬于這方面的物理化學(xué)分支學(xué)科有化學(xué)熱力學(xué)、化學(xué)統(tǒng)計力學(xué)、溶液化學(xué)、膠體化學(xué)和表面化學(xué)。

2.化學(xué)體系的微觀結(jié)構(gòu)和性質(zhì) 以量子力學(xué)為理論基礎(chǔ)，研究分子、分子簇和晶體的結(jié)構(gòu)，物體的體相中原子和分子的空間結(jié)構(gòu)、表面相的結(jié)構(gòu)，以及結(jié)構(gòu)與物性之間的關(guān)系與規(guī)律性。屬于這方面的物理化學(xué)分支學(xué)科有結(jié)構(gòu)化學(xué)、晶體化學(xué)和量子化學(xué)。

3.化學(xué)體系的動態(tài)性質(zhì) 研究由于化學(xué)或物理因素的擾動而引起的體系的化學(xué)變化過程速率和變化機理。此時，時間是與過程密切相關(guān)的重要變量之一。屬于這方面的物理化學(xué)分支學(xué)科有化學(xué)動力學(xué)、化學(xué)動態(tài)學(xué)、催化科學(xué)與技術(shù)、光化學(xué)、電化學(xué)、磁化學(xué)、聲化學(xué)、力化學(xué)（以摩擦化學(xué)為代表）等。

在理論研究方面，快速大型電子計算機和數(shù)值方法的廣泛應(yīng)用，擴展了量子化學(xué)在定量計算方面的能力。研究對象不僅涉及大分子，還可用以模擬復(fù)雜體系的動態(tài)過程。福井謙一提出的前線軌道理論以及R.B.伍德沃德和R.霍夫曼提出的分子軌道對稱守恒原理，是量子化學(xué)應(yīng)用于具體化學(xué)體系時的重要理論成果。但是仍然沒有達到人們所期望的利用量子化學(xué)為基礎(chǔ)解決和認識所有化學(xué)問題的水平。量子力學(xué)基本原理和化學(xué)實驗的緊密結(jié)合將有助于解決這個問題。為此，發(fā)展能夠應(yīng)用于復(fù)雜分子體系的量子化學(xué)計算方法是實現(xiàn)上述目標的前提之一。因而W.科恩以電子密度泛函理論和J.波普爾以量子化學(xué)計算方法及模型化學(xué)等研究成果獲得了1998年的諾貝爾化學(xué)獎。

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