化学物理的研究偏重数学、物理方面，主要以理论物理学中的量子力学、分析力学、统计力学、原子分子物理学为研究工具研究化学反应过程、物质结构中的本质问题。以理论物理理论建立模型后，使用数学工具（常牵涉的数学领域有偏微分方程、数值分析、复变函数、泛函分析、群论等）进行定量描述，再编写程序进行计算机模拟研究问题。化学物理学是在量子力学问世后不久正式诞生的。这门学科的创立以1933年美国创刊的《化学物理杂志》为标志。化学物理学诞生之后，发展极为迅速，其中重要的代表作有美国斯莱特于1939年出版的《化学物理引论》。

化学物理学的主要研究内容包括：（1）原子和分子波函数理论，量子力学与量子化学理论方法；（2）原子和分子光谱学；（3）分子反应动力学及碰撞过程，势能面构造；（4）液体结构的全部领域；（5）高分子聚合物的物理学与动力学过程模拟（6）复杂系统的统计力学；（7）固体的结构与性能的物理学；（8）利用激光研究物性、激光的工作机制；（9）平衡态及非平衡态的热力学；（10）团簇、超分子、复杂离子的动力学。