定義
[英] theoretical chemistry
理論化學是運用純理論計算而非實驗方法研究化學反應的本質問題，主要以理論物理為研究工具（如熱力學、量子力學、統計力學、量子電動力學、非平衡態熱力學等），並且大多輔以計算機模擬。近年來，理論化學的研究領域主要為量子化學、統計力學、化學熱力學、非平衡熱力學、分子反應動力學。在研究物質結構、預測化合物的反應活性、研究反應的微觀本質過程等問題中，這幾個方面都可能不同程度地涉及到。理論化學其他“五花八門的” 研究領域包括對處於各物態的大塊物質化學的數學表征（例如，化學動力學的研究）和研究更晚近的數學進展在基礎研究的適用性（例如拓撲學原理在研究電子結構方面的可能套用）。理論化學的這一方面有時被稱為數學化學。
理論化學與化學物理（chemical physics）聯繫緊密，在很多場合下不做區分。但理論化學由於更多的偏重數學物理方面的研究而與傳統的物理化學（physical chemistry）有所區別。
屬性
理論化學的很大一部分可以被歸類為計算化學，雖然計算化學通常指的是理論化學的具體套用並設計一些近似處理，例如一些後哈特里-福克類型的方法，密度泛函理論， 半經驗方法（如PM3）或 各種力場方法。有些化學理論家套用統計力學提供了聯繫量子世界的微觀現象和體系大塊物質的巨觀性質的橋樑。
理論上解決化學問題可以追溯到化學發展的早期，但直到奧地利物理學家埃爾溫·薛丁格導出薛丁格方程之前，可用的理論工具相當粗糙，並有很大猜測性質。現在，基於量子力學以及統計力學原理的複雜得多的計算方法已很普遍。
分支
量子化學：量子力學在化學中的套用，發展近似計算方法運用於實際體系的計算。
計算化學：計算機代碼在化學中的套用，以量子化學為主要原理對實際體系進行計算機模擬計算 。
分子模擬：包括一些分子結構模型化的方法，這些方法並不僅局限於量子力學理論的範疇。例如分子對接，蛋白質對接，藥物設計和組合化學等。
分子動力學：套用經典力學或量子力學來模擬體系（原子和分子的集合）各原子核的運動，研究反應碰撞、過渡態等化學反應的微觀本質問題 。
分子力學：以量子力學、經典力學力場來構建分子內及分子間相互作用的勢能面。
數學化學：使用各種高級數學方法（而不必訴諸量子力學）如拓撲學、圖論等來討論及預測分子結構與性能。
理論反應動力學：對與反應化合物相關的動態體系及其相應的微分方程的理論研究。
統計力學：套用統計力學原理研究化學反應的規律，建立微觀（量子力學）與巨觀（熱力學）的橋樑。
非平衡熱力學：研究遠離熱力學平衡態時體系的熱力學性質、動力學過程，如耗散結構理論。
溶液理論：溶液反應的動力學、溶液模型與計算模擬。
雷射化學：研究化學雷射的形成機制及套用。
