تخصص الكيمياء الفيزيائية هو فرع من الكيمياء يهتم بدراسة العمليات والظواهر الكيميائية من خلال النظريات والمفاهيم الفيزيائية. يستخدم الكيمياء الفيزيائية الأسس والمبادئ الفيزيائية لفهم المزيج المعقد من الظواهر الكيميائية والتفاعلات الكيميائية التي تحدث على المستوى الجزيئي والذري.
بعض المواضيع التي يشملها تخصص الكيمياء الفيزيائية تشمل: الديناميكا الحرارية والنظم الكيميائية، الكهروكيمياء والتحليل الكهروكيميائي، الطيفية الكيميائية والكيمياء الكمومية، والكاتاليز والتفاعلات الكيميائية.
تخصص الكيمياء الفيزيائية يمكن أن يكون قاعدة لدراسة وتطوير مجالات أخرى مثل النانوتكنولوجيا والمواد الحيوية والمواد البوليمرية. يعمل المتخصصون في الكيمياء الفيزيائية على تطوير طرق وأدوات جديدة لفهم وتحليل وتحسين الظواهر الكيميائية وتطبيقاتها في مجالات مثل الطاقة والبيئة والصناعة.