الكيمياء النظرية فرع من الكيمياء يستخدم الفيزياء والرياضيات والحاسوب لفهم بنية المواد والجزيئات والتفاعلات. تشمل الكيمياء الكمومية والميكانيكا الإحصائية والنمذجة الجزيئية والكيمياء الحسابية، وتهدف إلى تفسير الخواص والتنبؤ بها قبل التجربة أو معها. وتكمن أهميتها في أنها تربط العالم الذري غير المرئي بالقياسات المختبرية، وتتيح دراسة أنظمة معقدة يصعب فهمها بالملاحظة المباشرة وحدها.