زیرشاخه‌های شیمی‌فیزیک:

ترمودینامیک

ترمودینامیک به بررسی خواص مایکروسکوپی مواد و قوانین مربوط به خواصی که برای انسان قابل‌فهم‌تر باشد می‌پردازد. ترمودینامیک به بخش میکروسکوپی مواد مربوط نمی‌شود به‌طوری‌که بسیاری از قوانین ترمودینامیکی قبل از کشف ذره و اتم بیان شده است.

سینتیک

سینتیک به بررسی واکنش های شیمیایی، مکانیسم و سرعت انجام واکنش‌ها می‌پردازد. این زیرشاخه شیمی‌فیزیک نسبت بهزیرشاخه‌های دیگر کاربرد بیشتری در صنعت دارد مانند: طراحی راکتورهای صنعتی، کاتالیز واکنش‌های شیمیایی، مطالعات بیوشیمیایی مخصوصاً در سرعت آنزیم‌ها و…

مکانیک آماری

مکانیک آماری به کمک قوانین میکروسکوپی ماده، آمار و احتمالات به خواص مایکروسکوپی ماده پی می‌برد و راه ارتباطی بین کوانتوم و ترمودینامیک برقرار می‌کند. به‌عنوان‌مثال معادله حالت گاز کامل در ابتدا ترکیبی از قوانین بویل، شارل و آووگادرو به‌صورت تجربی به‌دست‌آمده بود که با کمک مکانیک آماری با چند فرض ساده حالت گاز کامل قابل‌اثبات است.

کوانتوم

کوانتوم به مطالعه و بررسی خواص میکروسکوپی (ذره، اتم، مولکول) می‌پردازد و تنها علمی است که می‌تواند دنیای میکروسکوپی را توجیه کند و مکانیک کلاسیک در بخش کوانتوم و خواص میکروسکوپی ناتوان است. شرودینگر و هایزنبرگ پایه‌گذارهای علم کوانتوم بودند که دانشمندانی چون فایمن، دیراک، اپتهایمر، بورن، دوبروی، پلانک و … نیز به مطالعه و گسترش این علم پرداختند.