物理化学又称作理论化学，是從物理角度分析化學原理的化學分支，可謂近代化學的原理根基。物理化學家關注於分子如何形成結構、動態變化、分子光譜原理、平衡態等根本問題，涉及的物理包涵熱力學、動力學、量子化學、統計力學等重要物理領域。物理化學和化學物理兩者差異不大，端看研究者所關注或偏向的層面而定。大體而言，物理化學為化學諸分支中，最講求數值精確和理論解釋的學門。
當代物理化學包涵數個延伸學門：量子化學、化學動力學、雷射化學、核磁共振、奈米技術、理論化學及計算化學等。
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