物理化学是从化学变化与物理变化的联系入手，研究化学反应的方向和限度(化学热力学)、化学反应的速率和机理(化学动力学)以及物质的微观结构与宏观性质间的关系(结构化学)等问题，它是化学学科的理论核心。1887年Ostwald W和van't Hoff J H合作创办了《物理化学杂志》，标志着这个分支学科的形成。随着电子技术、计算机、微波技术等的发展，化学研究如虎添翼，空间分辨率现已达10^-10m，这是原子半径的数量级，时间分辨率已达飞秒级(1fs=10^-15s)，这和原子世界里电子运动速度差不多。肉眼看不见的原子，借助于仪器的延伸已经变得可以摸得着，看得见的实物，微观世界的原子和分子不再那么神秘莫测了。