早期亦称“理论化学”。应用物理学原理和方法，研究有关化学现象和化学过程的学科。内容一般包括物质结构、化学热力学、统计热力学、电化学、化学动力学、光化学和胶体化学等部分，主要应用热力学、统计物理学与量子力学这三种基本方法从理论上探讨物质结构与其性能间的关系，化学反应的可能性和速度，研究反应机理和控制反应的条件等。是整个化学科学和化学工艺学的理论基础。