Η φυσική χημεία χρησιμοποιεί τη φυσική για τη μελέτη των χημικών συστημάτων. Τα μελετά σε μακροσκοπικό, ατομικό, υποατομικό και σωματιδιακό επίπεδο. Εξετάζει έννοιες όπως η κίνηση, η ενέργεια, η δύναμη, ο χρόνος, η θερμοδυναμική, η κβαντική χημεία, η στατιστική μηχανική και η δυναμική.
Η φυσική χημεία δεν είναι το ίδιο με τη χημική φυσική. Η φυσική χημεία είναι ως επί το πλείστον μια μακροσκοπική ή υπερμοριακή επιστήμη. Η πλειονότητα των εννοιών της φυσικής χημείας σχετίζονται με τις ιδιότητες του όγκου και όχι μόνο με τη μοριακή/ατομική δομή. Σε αυτές περιλαμβάνονται η χημική ισορροπία και τα κολλοειδή.
Ορισμένες από τις σχέσεις που προσπαθεί να επιλύσει η φυσική χημεία περιλαμβάνουν τις επιδράσεις:
