一般認為，物理化學作為一門學科的正式形成，是從1877年德國化學家奧斯特瓦爾德和荷蘭化學家范托夫創(chuàng)刊的《物理化學雜志》開始的。從這一時期到20世紀初，物理化學以化學熱力學的蓬勃發(fā)展為其特征。

　　熱力學第一定律和熱力學第二定律被廣泛應用于各種化學體系，特別是溶液體系的研究。吉布斯對多相平衡體系的研究和范托夫對化學平衡的研究，阿倫尼烏斯提出電離學說，醫(yī)|學教育網(wǎng)搜集整理能斯脫發(fā)現(xiàn)熱定理都是對化學熱力學的重要貢獻。

　　當1906年路易斯提出處理非理想體系的逸度和活度概念，以及它們的測定方法之后，化學熱力學的全部基礎已經(jīng)具備。勞厄和布喇格對X射線晶體結構分析的創(chuàng)造性研究，為經(jīng)典的晶體學向近代結晶化學的發(fā)展奠定了基礎。阿倫尼烏斯關于化學反應活化能的概念，以及博登施坦和能斯脫關于鏈反應的概念，對后來化學動力學的發(fā)展也都作出了重要貢獻。

　　20世紀20～40年代是結構化學領先發(fā)展的時期，這時的物理化學研究已深入到微觀的原子和分子世界，改變了對分子內部結構的復雜性茫然無知的狀況。

　　1926年，量子力學研究的興起，不但在物理學中掀起了高潮，對物理化學研究也給以很大的沖擊。尤其是在1927年，海特勒和倫敦對氫分子問題的量子力學處理，為1916年路易斯提出的共享電子對的共價鍵概念提供了理論基礎。1931年鮑林和斯萊特把這種處理方法推廣到其他雙原子分子和多原子分子，形成了化學鍵的價鍵方法。1932年，馬利肯和洪德在處理氫分子的問題時根據(jù)不同的物理模型，采用不同的試探波函數(shù)，從而發(fā)展了分子軌道方法。

　　價鍵法和分子軌道法已成為近代化學鍵理論的基礎。鮑林等提出的軌道雜化法以及氫鍵和電負性等概念對結構化學的發(fā)展也起了重要作用。在這個時期，物理化學的其他分支也都或多或少地帶有微觀的色彩，例如由欣謝爾伍德和謝苗諾夫兩個學派所發(fā)展的自由基鏈式反應動力學，德拜和休克爾的強電解質離子的互吸理論，以及電化學中電極過程研究的進展——氫超電壓理論。

　　第二次世界大戰(zhàn)后到60年代期間，物理化學以實驗研究手段和測量技術，特別是各種譜學技術的飛躍發(fā)展和由此而產(chǎn)生的豐碩成果為其特點。

　　電子學、高真空和計算機技術的突飛猛進，不但使物理化學的傳統(tǒng)實驗方法和測量技術的準確度、精密度和時間分辨率有很大提高，而且還出現(xiàn)了許多新的譜學技術。光譜學和其他譜學的時間分辨率和自控、記錄手段的不斷提高，使物理化學的研究對象超出了基態(tài)穩(wěn)定分子而開始進入各種激發(fā)態(tài)的研究領域。

　　光化學首先獲得了長足的進步，因為光譜的研究弄清楚了光化學初步過程的實質，促進了對各種化學反應機理的研究。這些快速靈敏的檢測手段能夠發(fā)現(xiàn)反應過程中出現(xiàn)的暫態(tài)中間產(chǎn)物，使反應機理不再只是從反應速率方程憑猜測而得出的結論。這些檢測手段對化學動力學的發(fā)展也有很大的推動作用。

　　先進的儀器設備和檢測手段也大大縮短了測定結構的時間，使結晶化學在測定復雜的生物大分子晶體結構方面有了重大突破，青霉素、維生素B12、蛋白質、胰島索的結構測定和脫氧核糖核酸的螺旋體構型的測定都獲得成功。電子能譜的出現(xiàn)更使結構化學研究能夠從物體的體相轉到表面相，對于固體表面和催化劑而言，這是一個得力的新的研究方法。

　　60年代，激光器的發(fā)明和不斷改進的激光技術。醫(yī)|學教育網(wǎng)搜集整理大容量高速電子計算機的出現(xiàn)，以及微弱信號檢測手段的發(fā)明孕育著物理化學中新的生長點的誕生。

　　70年代以來，分子反應動力學、激光化學和表面結構化學代表著物理化學的前沿陣地。研究對象從一般鍵合分子擴展到準鍵合分子、范德瓦耳斯分子、原子簇、分子簇和非化學計量化合物。在實驗中不但能控制化學反應的慍度和壓力等條件，進而對反應物分子的內部量子態(tài)、能量和空間取向實行控制。

　　在理論研究方面，快速大型電子計算機加速了量子化學在定量計算方面的發(fā)展。對于許多化學體系來說，薛定諤方程已不再是可望而不可解的了。福井謙一提出的前線軌道理論以及伍德沃德和霍夫曼提出的分子軌道對稱守恒原理的建立是量子化學的重要發(fā)展。

　　物理化學還在不斷吸收物理和數(shù)學的研究成果，例如70年代初，普里戈金等提出了耗散結構理論，使非平衡態(tài)理論研究獲得了可喜的進展，加深了人們對遠離平衡的體系穩(wěn)定性的理解。

　　中國物理化學的發(fā)展歷史，以1949年中華人民共和國成立為界，大致可以分為兩個階段。在30～40年代，盡管當時物質條件薄弱，但老一輩物理化學家不僅在化學熱力學、電化學、膠體和表面化學、分子光譜學、X射線結晶學、量子化學等方面做出了相當?shù)某煽?，而且培養(yǎng)了許多物理化學方面的人才。

　　1949年以后，經(jīng)過幾十年的努力，在各個高等學校設置物理化學教研室進行人才培養(yǎng)的同時，還在中國科學院各有關研究所和各重點高等學校建立了物理化學研究室，在結構化學、量子化學、催化、電化學、分子反應動力學等方面取得了可喜的成績。