Fyzikálna chémia využíva fyziku na štúdium chemických systémov. Skúma ich na makroskopickej, atómovej, subatómovej a časticovej úrovni. Skúma pojmy ako pohyb, energia, sila, čas, termodynamika, kvantová chémia, štatistická mechanika a dynamika.

Fyzikálna chémia nie je to isté ako chemická fyzika. Fyzikálna chémia je väčšinou makroskopická alebo nadmolekulárna veda. Väčšina pojmov fyzikálnej chémie sa týka skôr objemových vlastností ako samotnej molekulovej/atomovej štruktúry. Patrí medzi ne chemická rovnováha a koloidy.

Medzi vzťahy, ktoré sa fyzikálna chémia snaží vyriešiť, patria účinky: