إنّ الكيمياء الفيزيائية كتعريفٍ هي فرعٌ من فروع الكيمياء المعنية بالتفاعلات وتحولات المواد، ويتناول مبادئ الفيزياء الكامنة وراء جميع التفاعلات الكيميائية (مثل قوانين الغاز)، مع السعي لقياس وربط وشرح الجوانب الكمية للتفاعلات. تشمل التخصصات الفرعية للكيمياء الفيزيائية:
- الكيمياء الكهربائية
- الكيمياء الضوئية
- الكيمياء السطحية
- التحفيز الكيميائي
- الكيمياء الكمية
- الكيمياء الأشعاعية
- الكيمياء الحرارية
تمزج الكيمياء الفيزيائية بين مبادئ الفيزياء والكيمياء لدراسة الخصائص الفيزيائية للجزيئات أو خواصها، فمن خلال فهم هذه الخصائص يمكن معرفة المزيد حول الطريقة التي يتم بها تجميع الجزيئات، وكذلك كيفية تأثر التركيب الفعلي للمادة الكيميائية بهذه الخصائص، وكيفية تجميع الجزيئات، وهل يمكن تركيبها أو يتم تصنيعها بتفاعلٍ كيميائيٍّ.
تتضمن بعض العلاقات التي تسعى الكيمياء الفيزيائية جاهدة لحلها كتأثيرات:
- القوى بين الجزيئية التي تعمل على الخصائص الفيزيائية للمواد.
- حركية التفاعل على معدل التفاعل.
- تحديد الأيونات والتوصيل الكهربائي للمواد.
- علم السطوح والكيمياء الكهربية لأغشية الخلايا.
- تفاعل جسم مع آخر من حيث كميات الحرارة والشغل يسمى الديناميكا الحرارية.
- نقل الحرارة بين نظام كيميائي ومحيطه أثناء تغيير الطور أو حدوث تفاعل كيميائي يسمى الكيمياء الحرارية.
- دراسة الخصائص التجميعية لعدد من الأنواع الموجودة في الحل.
- تفاعلات الخلايا الكهركيميائية.