Fyzikální chemie využívá fyziku ke studiu chemických systémů. Studuje je na makroskopické, atomární, subatomární a částicové úrovni. Zabývá se pojmy jako pohyb, energie, síla, čas, termodynamika, kvantová chemie, statistická mechanika a dynamika.

Fyzikální chemie není totéž co chemická fyzika. Fyzikální chemie je většinou makroskopická nebo nadmolekulární věda. Většina pojmů fyzikální chemie se týká spíše objemových vlastností než samotné molekulární/atomové struktury. Patří mezi ně chemická rovnováha a koloidy.

Mezi vztahy, které se fyzikální chemie snaží vyřešit, patří: