物理化学的研究方法除必须遵循一般的科学方法，由于研究对象的特殊性，还有其特殊的研究方法，一般分为热力学方法，统计力学方法，量子力学方法，化学动力学方法。

（1）热力学方法

从很多质点构成的客观体系为研究对象，以热力学第一定律和第二定律为基础，经过严密的逻辑推理，建立了一些热力学函数，用来解决化学反应的方向和平衡，以及能量交换问题。在处理问题时采取宏观的办法，不需要知道体系的微观运动，不需要知道变化细节，只需知道起始和终了状态，通过宏观热力学量的改变就可以得到许多普遍性结论。采取热力学方法研究化学平衡，相平衡，反应热效应，电化学等都非常成功。结论可靠，是研究化学的最基本方法。

（2）统计力学方法

从单个或少数粒子的运动规律来推断大量粒子所组成的体系规律，把构成宏观体系的各个微粒的运动做出一定的模型进行统计处理，从而解释宏观现象，从而认识其微观性质。例如：气体压力是一个宏观可测量，从微观角度看，它是大量分子与器壁碰撞后动量改变的统计平均结果。统计力学的方法把大量粒子构成的体系的微观运动和宏观表现联系起来，根据分子的性质计算宏观热力学性质，使我们加深对热力学定律的认识。

（3）量子力学方法

量子力学与经典力学完全不同。构成分子的电子和原子核不遵从经典力学而服从量子力学规律。能量有一个很小单位。量子化物质具有波粒二象性，遵守薛定谔方程，用来研究分子内电子的运动规律医\学教育网搜集整理。

（4）化学动力学方法

主要研究反应速率和机理。任何反应总是通过分子间的瞬时接触交换能量或传递电子而完成的，过去由于实验手段的限制，人们很难追踪分子反应的细节，只能从总体上了解反应速率，得到动力学方程式来解释一些反应的规律，这属于客观反应动力学。近十几年来，实验手段的提高，激光器和大型计算机的应用，能够检测到百万分之一秒，甚至10-12秒的反应速度。许多快速反应，化学异构，光分解都可以进行测量。还可以设计成单个分子的碰撞，来检测产物，使研究水平达到了分子级，形成了分子反应动力学。