理論化學是一種通過純理論計算而非實驗方法研究化學反應本質問題的學科。其研究領域涵蓋量子化學、統計力學、化學熱力學、非平衡態熱力學、分子反應動力學等多個方面。理論化學利用理論物理學的工具，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，并結合計算機模擬來進行研究。近年來，理論化學的發展使得許多復雜的計算方法得以普及，從而能夠深入理解物質結構、預測化合物的反應活性以及探索化學反應的微觀本質過程。
歷史沿革
理論化學的歷史可以追溯至化學發展的早期，盡管當時的理論工具相對簡單且帶有猜測成分。然而，隨著奧地利物理學家埃爾溫·薛定諤提出薛定諤方程，理論化學得到了顯著提升。如今，基于量子力學和統計力學原理的復雜計算方法已經廣泛應用于理論化學研究中。
學科屬性
理論化學的一部分屬于計算化學，后者側重于將理論化學的應用具體化并通過近似處理來解決問題。例如，后哈特里-福克方法、密度泛函理論、半經驗方法（如PM3）或各種力場方法都是常見的計算化學手段。此外，一些化學理論家還利用統計力學建立了連接微觀量子世界與宏觀體系之間的橋梁。
主要分支
量子化學
量子化學是量子力學在化學領域的應用，旨在開發適用于實際體系的近似計算方法。
計算化學
計算化學涉及將計算機代碼應用于化學研究，其中量子化學是其核心原理之一。
分子模擬
分子模擬涵蓋了多種分子結構建模技術，不限于量子力學框架，還包括分子對接、蛋白質對接、藥物設計和組合化學等領域。
分子動力學
分子動力學采用經典力學或量子力學方法模擬原子核的運動，以研究化學反應的微觀本質。
分子力學
分子力學通過綜合考慮各種相互作用力來構建分子內部和分子間的勢能面。
數學化學
數學化學使用高等數學方法，如拓撲學、圖論等，探討和預測分子結構與性能。
理論反應動力學
理論反應動力學是對反應化合物相關動態體系及其微分方程的理論研究。
統計力學
統計力學借助統計力學原理研究化學反應的規律，建立起量子力學與熱力學之間的聯系。
非平衡熱力學
非平衡熱力學專注于研究遠離熱力學平衡狀態下的體系特性與動力學過程，如耗散結構理論。
溶液理論
溶液理論關注溶液反應的動力學、溶液模型與計算模擬。
激光化學
激光化學則探究化學激光的產生機理及其應用。
研究機構
理論化學的研究在中國有多所高校設有專門的科研機構，其中包括吉林大學理論化學實驗室、南京大學理論與計算化學研究所、廈門大學物理化學與計算化學中心以及清華大學理論化學中心，后者成立于2013年5月。
參考資料 >
理論化學：化學界的“思想家”與背后的“為什么”.百家號.2024-08-16
【原創】什么是理論化學？它有什么用處？.科學網.2024-08-16
現代化學分類3：理論化學及其分支量子化學.個人圖書館.2024-08-16