تعتمد الكيمياء الفيزيائية على العديد من الأسس النظرية، ومن أهمها:
1. مبدأ حركة براون: يشير إلى حركة جزيئات المواد في المحلول ويسمى بالحركة العشوائية.
2. نظرية كينتيكا الغازية: تشرح حركة جزيئات الغاز وتفاعلها وتؤدي إلى قياس الضغط ودراسة حرارة التفاعلات.
3. قانون بويل: يتعلق بضغط الغازات وحجمها والتي تؤثر على تفاعلاتها.
4. نظرية الحالات الحرجة: تشرح سلوك الموادة في الحالات الحرجة مثل ظروف الضغط والحرارة.
5. نظرية الحرارة: تتعلق بتغييرات درجة الحرارة في تفاعلات المواد.