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

（1）熱力學方法

從很多質點構成的客觀體系為研究對象，以熱力學第一定律和第二定律為基礎，經(jīng)過嚴密的邏輯推理，建立了一些熱力學函數(shù)，用來解決化學反應的方向和平衡，以及能量交換問題。在處理問題時采取宏觀的辦法，不需要知道體系的微觀運動，不需要知道變化細節(jié)，只需知道起始和終了狀態(tài)，通過宏觀熱力學量的改變就可以得到許多普遍性結論。采取熱力學方法研究化學平衡，相平衡，反應熱效應，電化學等都非常成功。結論可靠，是研究化學的最基本方法。

（2）統(tǒng)計力學方法

從單個或少數(shù)粒子的運動規(guī)律來推斷大量粒子所組成的體系規(guī)律，把構成宏觀體系的各個微粒的運動做出一定的模型進行統(tǒng)計處理，從而解釋宏觀現(xiàn)象，從而認識其微觀性質。例如：氣體壓力是一個宏觀可測量，從微觀角度看，它是大量分子與器壁碰撞后動量改變的統(tǒng)計平均結果。統(tǒng)計力學的方法把大量粒子構成的體系的微觀運動和宏觀表現(xiàn)聯(lián)系起來，根據(jù)分子的性質計算宏觀熱力學性質，使我們加深對熱力學定律的認識。

（3）量子力學方法

量子力學與經(jīng)典力學完全不同。構成分子的電子和原子核不遵從經(jīng)典力學而服從量子力學規(guī)律。能量有一個很小單位。量子化物質具有波粒二象性，遵守薛定諤方程，用來研究分子內電子的運動規(guī)律醫(yī)\學教育網(wǎng)搜集整理。

（4）化學動力學方法

主要研究反應速率和機理。任何反應總是通過分子間的瞬時接觸交換能量或傳遞電子而完成的，過去由于實驗手段的限制，人們很難追蹤分子反應的細節(jié)，只能從總體上了解反應速率，得到動力學方程式來解釋一些反應的規(guī)律，這屬于客觀反應動力學。近十幾年來，實驗手段的提高，激光器和大型計算機的應用，能夠檢測到百萬分之一秒，甚至10-12秒的反應速度。許多快速反應，化學異構，光分解都可以進行測量。還可以設計成單個分子的碰撞，來檢測產(chǎn)物，使研究水平達到了分子級，形成了分子反應動力學。