letteralmente milioni di composti chimici sono in esistenza. I modi in cui questi composti, i loro componenti reagiscono e interagiscono l'uno con l'altro è regolato da alcuni principi fisici che spiegano il loro comportamento. Chimica fisica è quindi il fondamento sul quale tutti gli altri campi della chimica riposa, e questa scienza è importante anche per quasi tutti gli altri campi scientifici. Chimica fisica è circondato da quattro aree tematiche, tra cui la termodinamica, chimica quantistica, cinetica chimica e termodinamica statistica.

termodinamica è lo studio della conversione di energia in calore e lavoro. In questo contesto, il lavoro è definito come l'energia trasferita da una forza, per esempio, prendere a calci un pallone è una forma di lavoro in cui la persona che calcia il pallone trasferisce la forza dalle loro piedi la palla, causando la palla di muoversi. Termodinamica studi anche dei modi in cui il processo di conversione può essere alterato da cambiare le variabili come la pressione e la temperatura all'interno di un sistema.

chimica quantistica è una scienza teorica che descrive come le molecole di legame con l'un l'altro mediante l'applicazione dei principi della teoria quantistica dei campi e meccanica quantistica. Questi principi descrivono come gli atomi e particelle subatomiche comportarsi nei vari sistemi, e, a sua volta governano come le molecole si comportano. Teoricamente tutti i sistemi chimici possono essere descritti utilizzando la chimica quantistica, ma in pratica solo i sistemi molto semplici possono essere accuratamente studiata.

Cinetica chimica studi i tassi di processi chimici. Il tasso di un dato processo chimico è semplicemente la velocità a cui si verifica una reazione chimica. Ad esempio, invece il tasso di ossidazione del ferro, che è un processo molto lento, con il tasso di combustione del carburante, che è una frazione di secondo processo. Cinetica chimica anche gli studi di come cambiare le variabili come la pressione e il cambiamento della temperatura la velocità con cui avvengono le reazioni.

Questi tre aspetti della chimica fisica sono collegati da un quarto, chiamato termodinamica statistica. Questo settore si occupa di distribuzione di energia in sistemi chimici, e collegamenti anche il mondo microscopico e macroscopico. L'obiettivo principale della termodinamica statistica è quello di interpretare le proprietà macroscopiche dei vari tipi di materia in relazione alle interazioni tra i loro costituenti le molecole e le particelle microscopiche.

Attraverso lo studio di questi quattro concetti, moderna chimica fisica cerca di capire i problemi chimici complessi nel contesto del biologico, ambientale, e scienze dei materiali. Anche se questi sono ampiamente campi più disparati, i principi di chimica fisica sono rilevanti a tutti, compresi gli aspetti biologici così come le scienze fisiche e chimiche. Questo è in effetti una scienza fortemente multidisciplinare, proprio perché i principi chimici che gli studi sono rilevanti per tutti i sistemi biologici e chimici.