Хими́ческая фи́зика — раздел науки, пограничный между химией и физикой; изучает электронную структуру молекул и твердых тел, молекулярные спектры, элементарные акты химических реакций, процессы горения и взрыва, с использованием методов теоретической и экспериментальной физики. Химическая физика сформировалась в конце 1920-х — начале 1930-х годов в связи с развитием квантовой механики и использованием ее представлений в химии. Граница между химической физикой и физической химией условна. Термин «химическая физика» был введен немецким химиком А. Эйкеном в 1930 году.
Возникновение химической физики было подготовлено открытиями в физике начала 20 века (атомная физика, квантовая механика), когда складывались представления о строении и электрических свойствах атомов и молекул, природе межмолекулярных сил и элементарного акта химического взаимодействия. После открытия М. Боденштейном неразветвленных цепных реакций (1913) и установления В. Нернстом химического механизма таких реакций начался новый этап развития химической кинетики: механизм химических реакций был рассмотрен как сложная совокупность элементарных химических процессов с участием молекул, атомов, свободных радикалов, ионов, возбужденных частиц; были открыты и изучены ранее неизвестные типы химических реакций, например, цепные разветвленные реакции (Н.Н. Семенов, С. Хиншелвуд); создана теория процессов горения и взрывов, базирующаяся на химической кинетике (Н.Н. Семенов).
Химическая физика характеризуется применением спектрально-оптических методов, масс-спектрометрии, метода молекулярных пучков, рентгеноструктурного анализа, электронной микроскопии, электромагнитных методов определения поляризуемости, магнитной восприимчивости, электронографии и ионографии, нейтронографии и нейтроно-спектроскопических методов, электронного парамагнитного резонанса, ядерного магнитного резонанса, химической поляризации электронов и ядер, гамма-резонансной спектроскопии (Мессбауэровская спектроскопия), импульсных методов изучения быстрых процессов (импульсный радиолиз, импульсный, в том числе лазерный, фотолиз).
В химической физике большое внимание уделяется изучению механизмов элементарных актов химических превращений в газовой и конденсированной фазах. Применительно к газофазным реакциям исследуется кинетика неравновесных процессов, важных в условиях высоких температур и глубокого вакуума, выясняется роль колебательного возбуждения молекул; разрабатывается теория туннельных переходов в кинетике химических реакций, устанавливаются критерии, характеризующие температуры, ниже которых туннельные переходы преобладают над барьерными; изучаются особенности процессов при температурах, близких к абсолютному нулю; развивается химия низких температур (низкотемпературные реакции протекают направленно, с высоким выходом целевых продуктов, с большими, иногда взрывными, скоростями). Интенсивно ведутся работы по химии высоких энергий — области химической физики, связанной с исследованиями кинетики, механизма и практических приложений процессов, в которых энергии отдельных атомов, молекул, радикалов превышают энергию теплового движения.
Важным разделом химико-физических исследований является фотохимия, имеющая значение для теории химических процессов, решения проблем фотосинтеза, фоторецепции, фотографии, светостабилизации полимерных материалов. Изучается механизм фотохромизма, знание которого необходимо в связи с применением фотохромных материалов в технике. Ведутся теоретические и прикладные исследования в области низкотемпературной плазмы, разрабатываются принципы неравновесной кинетики химических реакций в плазме и научные основы плазмохимической технологии (плазмохимия).
Сравнительно новое направление химической физики — изучение химических превращений конденсированных веществ в результате их сжатия под действием ударных волн. Изучается кинетика быстрых неизотермических реакций в условиях адиабатического расширения и сжатия газов. Возрастает роль и значение работ по ядерной химии, которая занимается изучением химических последствий ядерных процессов (ядерные реакции, радиоактивный распад), исследованиями в области химии трансурановых элементов, а также своеобразных систем (в частности, мезоатомов), возникающих при воздействии на вещество позитронов и мезонов.
Развиваются методы радиационной химии, исследования цепных процессов с энергетическими разветвлениями цепи. На основе таких процессов создаются химические лазеры. Новым научным направлением стало изучение влияния магнитных полей на механизм реакций с участием свободных радикалов. Сохраняет свое теоретическое и практическое значение изучение теплового взрыва, горения и детонации. Большое внимание уделяется изучению кинетики и механизма химических реакций в твердом теле (топохимические реакции) и химико-физическим аспектам катализа. Перспективным объектом химико-физического изучения становится металлокомплексный катализ, приближающийся по эффективности к ферментативному.
В области электрохимии химическая физика разрабатывает квантово-химическое обоснование особенностей электрохимических реакций, занимается экспериментальным изучением механизма элементарного акта электродных реакций, а также процессов в объеме раствора, сопровождающихся переносом электронов, исследованием сольватированных электронов, теоретическим анализом темновой и фотоэмиссии электронов из металла в раствор. Химико-физические методы и подходы стали эффективным инструментом научных исследований во всех разделах химической науки.