تختلف التجارب المستخدمة في الكيمياء الفيزيائية حسب المجال المدروس ، ومن بين هذه التجارب :
1- التحليل الطيفي: وهو يستخدم لتحليل ودراسة تفاعل الضوء مع المادة ، مثل الأشعة فوق البنفسجية والأشعة تحت الحمراء والأشعة السينية.
2- التحليل الحراري: وهو يستخدم لدراسة التفاعلات التي تحدث عند تغيير درجة الحرارة ، مثل التحلل الحراري والمستحثات الحرارية والتغيرات الحرارية المرتبطة بالتفاعلات الكيميائية.
3- الاشعة السينية: وهي تستخدم للكشف عن تركيب المواد المؤلفة من الذرات ومواقعها وانحراف البلورات.
4- التحليل الكهربائي: وهو يستخدم لدراسة التفاعلات التي تشمل التغيرات الكهربائية في المواد، مثل المؤثرات الإلكترونية في المواد والتغيرات في الطاقة التحررية.
5- التحليل الكروماتوغرافي: وهو يستخدم لتحليل خليط المواد إلى مكوناتها المختلفة ، مثل الكروماتوغرافيا الغازية والكروماتوغرافيا السائلة.
6- التحليل النيوتروني: وهو يستخدم لتحليل التراكيب الذرية والمواد ذات الشحنة المركزة، مثل النيوترونات الباردة.