الكيمياء الفيزيائية هي فرع من فروع الكيمياء يهتم بدراسة الظواهر الفيزيائية المتعلقة بالمادة وتطبيق المبادئ والأسس الفيزيائية في فهم وتحليل العمليات الكيميائية. تتضمن الكيمياء الفيزيائية دراسة الحرارة والطاقة والحركية والمغناطيسية والكهربائية والضوئية للجزيئات والذرات والجسيمات الأخرى.
تساهم الكيمياء الفيزيائية بشكل كبير في العلوم الأخرى كالفيزياء وعلم الحرارة والحفريات وعلم المواد، وتستخدم في تطوير المواد والعمليات الكيميائية والعمليات التحويلية وتطبيقات الطاقة وتصميم الأجهزة الحيوية والأجهزة الإلكترونية والأدوية. كما تعد الكيمياء الفيزيائية مهمة في الدراسات البيئية والتعديل الجوي وتطبيقات النانو تكنولوجي.
