物理化學是從化學變化與物理變化的聯系入手，研究化學反應的方向和限度(化學熱力學)、化學反應的速率和機理(化學動力學)以及物質的微觀結構與宏觀性質間的關系(結構化學)等問題，它是化學學科的理論核心。1887年Ostwald W和van't Hoff J H合作創辦了《物理化學雜志》，標志著這個分支學科的形成。隨著電子技術、計算機、微波技術等的發展，化學研究如虎添翼，空間分辨率現已達10^-10m，這是原子半徑的數量級，時間分辨率已達飛秒級(1fs=10^-15s)，這和原子世界里電子運動速度差不多。肉眼看不見的原子，借助于儀器的延伸已經變得可以摸得著，看得見的實物，微觀世界的原子和分子不再那么神秘莫測了。