理论化学是运用纯理论计算而非实验方法研究化学反应的本质问题，理论化学的研究领域主要为量子化学、统计力学、化学热力学、非平衡态热力学、分子反应动力学。

[英] theoretical chemistry

理论化学是运用纯理论计算而非实验方法研究化学反应的本质问题，主要以理论物理为研究工具（如热力学、量子力学、统计力学、量子电动力学、非平衡态热力学等），并且大多辅以计算机模拟。近年来，理论化学的研究领域主要为量子化学、统计力学、化学热力学、非平衡热力学、分子反应动力学。在研究物质结构、预测化合物的反应活性、研究反应的微观本质过程等问题中，这几个方面都可能不同程度地涉及到。理论化学其他“五花八门的” 研究领域包括对处于各物态的大块物质化学的数学表征（例如，化学动力学的研究）和研究更晚近的数学进展在基础研究的适用性（例如拓扑学原理在研究电子结构方面的可能应用）。理论化学的这一方面有时被称为数学化学。

理论化学与化学物理（chemical physics）联系紧密，在很多场合下不做区分。但理论化学由于更多的偏重数学物理方面的研究而与传统的物理化学（physical chemistry）有所区别。

理论化学的很大一部分可以被归类为计算化学，虽然计算化学通常指的是理论化学的具体应用并设计一些近似处理，例如一些后哈特里-福克类型的方法，密度泛函理论， 半经验方法（如PM3）或 各种力场方法。有些化学理论家应用统计力学提供了联系量子世界的微观现象和体系大块物质的宏观性质的桥梁。

理论上解决化学问题可以追溯到化学发展的早期，但直到奥地利物理学家埃尔温·薛定谔导出薛定谔方程之前，可用的理论工具相当粗糙，并有很大猜测性质。基于量子力学以及统计力学原理的复杂得多的计算方法已很普遍。

量子化学：量子力学在化学中的应用，发展近似计算方法运用于实际体系的计算。

计算化学：计算机代码在化学中的应用，以量子化学为主要原理对实际体系进行计算机模拟计算 。

分子模拟：包括一些分子结构模型化的方法，这些方法并不仅局限于量子力学理论的范畴。例如分子对接，蛋白质对接，药物设计和组合化学等。

分子动力学：应用经典力学或量子力学来模拟体系（原子和分子的集合）各原子核的运动，研究反应碰撞、过渡态等化学反应的微观本质问题 。

分子力学：以量子力学、经典力学力场来构建分子内及分子间相互作用的势能面。

数学化学：使用各种高级数学方法（而不必诉诸量子力学）如拓扑学、图论等来讨论及预测分子结构与性能。

理论反应动力学：对与反应化合物相关的动态体系及其相应的微分方程的理论研究。

统计力学：应用统计力学原理研究化学反应的规律，建立微观（量子力学）与宏观（热力学）的桥梁。

非平衡热力学：研究远离热力学平衡态时体系的热力学性质、动力学过程，如耗散结构理论。

溶液理论：溶液反应的动力学、溶液模型与计算模拟。

激光化学：研究化学激光的形成机制及应用。