理论化学试图解释化学实验的数据。它使用数学和计算机。理论化学预测了原子结合形成分子时发生的情况。它还预测了分子的化学性质(特征)。理论化学的一个重要部分是量子化学。这是用量子力学来理解化合价(一个元素的原子所形成的的数量)。其他重要部分包括分子动力学、统计热力学和电解质溶液、反应网络、聚合催化的理论。