Il termine "chimica fisica" è stato probabilmente utilizzato per la prima volta da Michail Lomonosov nel 1752, quando davanti agli studenti dell'Università statale di San Pietroburgo presentò il corso intitolato Corso di vera chimica fisica.[2]
La chimica fisica applica la termodinamica allo studio dei gas, delle soluzioni e delle reazioni chimiche, quantificando gli aspetti energetici di queste ultime e arrivandone a prevedere l'eventuale sponteneità o le condizioni di spontaneità teoriche. La termodinamica consente anche di trattare l'equilibrio chimico e l'equilibrio tra le fasi. L'uso della meccanica quantistica non solo permette di interpretare gli spettri atomici e molecolari, ma facendo uso del suo rigoroso formalismo matematico permette anche di descrivere il legame chimico e di predire importanti proprietà delle molecole quali la loro stabilità e reattività. La spettroscopia permette di determinare sperimentalmente la struttura e composizione delle molecole, mentre la cinetica chimica studia la velocità delle reazioni e l'insieme di processi elementari che intercorrono durante una reazione chimica quando a partire dai reagenti si ottengono i prodotti finali. L'elettrochimica è un'altra importante area della chimica fisica che si occupa delle implicazioni dei fenomeni elettrici in ambito chimico.
Riassumendo, le principali aree di interesse della chimica fisica si possono così elencare: