物理化学是以物理的原理和实验技术为基础，研究化学体系的性质和行为，发现并建立化学体系中特殊规律的学科，它是物理学科与化学学科的综合部分。
随着科学的迅速发展，各门学科之间都有一定的交叉和渗透部分，尤其是物理和化学之间。用物理的原理来研究化学学科的内容早已运用。因此物理化学作为一门学科，与物理学、无机化学、有机化学在内容上存在着难以准确划分的界限，也因为如此又不断地产生新的分支学科，例如物理有机化学、生物物理化学、化学物理等。此外，物理化学还与许多非化学的学科有着密切的联系，例如冶金学中的物理冶金实际上就是金属物理化学。
物理化学作为一门学科的正式形成，通常都认为是从1877年德国化学家奥斯特瓦尔德和荷兰化学家范托夫创刊的《物理化学杂志》开始的。从这一时期到20世纪初，物理化学发展的特征主要体现在化学热力学的蓬勃发展上。
20世纪20～40年代则是物理化学中的结构化学领先发展的时期，这时的物理化学研究已深入到微观的原子和分子世界，使科学界对分子内部结构的复杂性茫然无知的状况得到全面的改变。
第二次世界大战后到60年代期间，物理化学的主要特征又表现为实验研究手段和测量技术的研究方法，特别是各种谱学技术的飞跃发展和由此产生的丰硕成果。
1949年以后，经过长期的努力，各个高等学校已经设置物理化学教研室，以培养大批这方面的人才，同时，还在中国科学院各有关研究所和各重点高等学校建立了物理化学研究室并取得了很好的成绩，尤其是在结构化学、量子化学、催化、电化学、分子反应动力学等方面。