Fysikalsk kjemi er en gren av kjemien som oppstod i siste halvdel av 1800-tallet da fysikkens metoder og lover ble anvendt av kjemikere på kjemiske problemer. Det var på 1800-tallet termodynamikk, elektrokjemi og optisk spektroskopi.
På 1900-tallet kom metoder til bestemmelse av strukturen av molekyler og faste stoffer med metoder som røntgendiffraksjon og elektrondiffraksjon og flere spektroskopiske metoder som UV, IR mikrobølge og NMR-spektroskopi. Da ble mikrokosmos kartlagt se strukturkjemi.
På 1920-tallet kom kvantemekanikk og kvantekjemi som gjorde det mulig å beregne strukturen av molekyler og faste stoffer.
Wilhelm Ostwald var den første professoren i fysikalsk kjemi i Europa i 1886 og Odd Hassel var den første i Norge i 1934.