物理化学（英语：Physical Chemistry），是一门从物理学角度分析物质体系化学行为的原理、规律和方法的学科，可谓近代化学的原理根基。物理化学家关注于分子如何形成结构、动态变化、分子光谱原理、平衡态等根本问题，涉及的物理学有静力学、动力学、量子力学、统计力学等。大体而言，物理化学为化学诸分支中，最讲求数值精确和理论解释的学科。

化学物理学和物理化学都是物理学和化学的交叉学科，但二者是有细微区别的。化学物理学主要是研究化学过程的特征现象和物理理论，而物理化学主要研究化学的物理本质，主要借助原子与分子物理学和凝聚态物理学中的理论方法和实验技术，研究物理化学现象的学科。

Physical chemistry is the study of macroscopic, atomic, subatomic, and particulate phenomena in chemical systems in terms of laws and concepts of physics. It applies the principles, practices and concepts of physics such as motion, energy, force, time, thermodynamics, quantum chemistry, statistical mechanics and dynamics, equilibrium.