物理化學(xué)的研究方法除必須遵循一般的科學(xué)方法，由于研究對象的特殊性，還有其特殊的研究方法，一般分為熱力學(xué)方法，統(tǒng)計(jì)力學(xué)方法，量子力學(xué)方法，化學(xué)動(dòng)力學(xué)方法。

（1）熱力學(xué)方法

從很多質(zhì)點(diǎn)構(gòu)成的客觀體系為研究對象，以熱力學(xué)第一定律和第二定律為基礎(chǔ)，經(jīng)過嚴(yán)密的邏輯推理，建立了一些熱力學(xué)函數(shù)，用來解決化學(xué)反應(yīng)的方向和平衡，以及能量交換問題。在處理問題時(shí)采取宏觀的辦法，不需要知道體系的微觀運(yùn)動(dòng)，不需要知道變化細(xì)節(jié)，只需知道起始和終了狀態(tài)，通過宏觀熱力學(xué)量的改變就可以得到許多普遍性結(jié)論。采取熱力學(xué)方法研究化學(xué)平衡，相平衡，反應(yīng)熱效應(yīng)，電化學(xué)等都非常成功。結(jié)論可靠，是研究化學(xué)的最基本方法。

（2）統(tǒng)計(jì)力學(xué)方法

從單個(gè)或少數(shù)粒子的運(yùn)動(dòng)規(guī)律來推斷大量粒子所組成的體系規(guī)律，把構(gòu)成宏觀體系的各個(gè)微粒的運(yùn)動(dòng)做出一定的模型進(jìn)行統(tǒng)計(jì)處理，從而解釋宏觀現(xiàn)象，從而認(rèn)識(shí)其微觀性質(zhì)。例如：氣體壓力是一個(gè)宏觀可測量，從微觀角度看，它是大量分子與器壁碰撞后動(dòng)量改變的統(tǒng)計(jì)平均結(jié)果。統(tǒng)計(jì)力學(xué)的方法把大量粒子構(gòu)成的體系的微觀運(yùn)動(dòng)和宏觀表現(xiàn)聯(lián)系起來，根據(jù)分子的性質(zhì)計(jì)算宏觀熱力學(xué)性質(zhì)，使我們加深對熱力學(xué)定律的認(rèn)識(shí)。

（3）量子力學(xué)方法

量子力學(xué)與經(jīng)典力學(xué)完全不同。構(gòu)成分子的電子和原子核不遵從經(jīng)典力學(xué)而服從量子力學(xué)規(guī)律。能量有一個(gè)很小單位。量子化物質(zhì)具有波粒二象性，遵守薛定諤方程，用來研究分子內(nèi)電子的運(yùn)動(dòng)規(guī)律醫(yī)\學(xué)教育網(wǎng)搜集整理。

（4）化學(xué)動(dòng)力學(xué)方法

主要研究反應(yīng)速率和機(jī)理。任何反應(yīng)總是通過分子間的瞬時(shí)接觸交換能量或傳遞電子而完成的，過去由于實(shí)驗(yàn)手段的限制，人們很難追蹤分子反應(yīng)的細(xì)節(jié)，只能從總體上了解反應(yīng)速率，得到動(dòng)力學(xué)方程式來解釋一些反應(yīng)的規(guī)律，這屬于客觀反應(yīng)動(dòng)力學(xué)。近十幾年來，實(shí)驗(yàn)手段的提高，激光器和大型計(jì)算機(jī)的應(yīng)用，能夠檢測到百萬分之一秒，甚至10-12秒的反應(yīng)速度。許多快速反應(yīng)，化學(xué)異構(gòu)，光分解都可以進(jìn)行測量。還可以設(shè)計(jì)成單個(gè)分子的碰撞，來檢測產(chǎn)物，使研究水平達(dá)到了分子級(jí)，形成了分子反應(yīng)動(dòng)力學(xué)。