כימיה פיזיקלית עוסקת בתכונות הפיזיקליות של החומרים ובשינוי שלהם, כגון: טמפרטורה, מסיסות, ערבוב, חמצון וחיזור ועוד. על כן, מחולקת הכימיה הפיזיקלית למספר תחומים עיקריים:
תרמודינמיקה - עוסקת בשינויי טמפרטורות בתגובה כימית, "אנרגיה החופשית", אנטרופיה (אי סדר של חומר או תגובה ביו חומרים) וכדומה.