เคมีเชิงคำนวณใช้คณิตศาสตร์และคอมพิวเตอร์เพื่อแก้ปัญหาทางเคมี นักเคมีสามารถจำลองผลการทดลองและค้นหาคุณสมบัติของสารโดยใช้ซอฟต์แวร์คอมพิวเตอร์ สาขาเคมีเชิงคำนวณช่วยในการสำรวจสิ่งต่าง ๆ ที่อาจเป็นเรื่องยากหรือมีค่าใช้จ่ายสูงในการค้นหาเพราะธรรมชาติของโมเลกุลอะตอมและอนุภาคนาโน สนามจำนวนมากตั้งอยู่บนสมการชโรดิงเงอร์ซึ่งเป็นแบบจำลองอะตอมและโมเลกุลที่ใช้คณิตศาสตร์ Ab initio, กึ่งเชิงประจักษ์และกลศาสตร์ระดับโมเลกุลเป็นวิธีการทางเคมีคำนวณมักใช้ในการวิเคราะห์โครงสร้างโมเลกุล
กระบวนการทางเคมีเชิงคำนวณเริ่มต้นด้วยการดูทฤษฎีเช่นทฤษฎีโครงสร้างอิเล็กทรอนิกส์ สิ่งนี้ช่วยในการกำหนดการเคลื่อนที่ของอิเล็กตรอนภายในโมเลกุล ณ จุดนี้การใช้สมการทางคณิตศาสตร์สามารถกำหนดชุดข้อมูลพื้นฐานตามการคำนวณได้ ข้อมูลนี้สามารถป้อนเข้าไปในซอฟต์แวร์คอมพิวเตอร์เพื่ออธิบายสิ่งต่าง ๆ เช่นฟังก์ชั่นคลื่นซึ่งสามารถใช้ในการสร้างแบบจำลองของลักษณะทางกายภาพอื่น ๆ ของโมเลกุล นักเคมีสามารถเห็นแบบจำลองของวงโคจรของโมเลกุลเริ่มทำนายโครงสร้างการทดลองและดูพลังงานของโมเลกุล
การใช้ ab initio ช่วยให้นักเคมีสามารถดูคุณสมบัติทางกายภาพของสารและใช้สมการชโรดิงเงอร์เพื่อค้นหาลักษณะทางกายภาพของโมเลกุล ซึ่งรวมถึงสิ่งต่าง ๆ เช่นเรขาคณิตของโมเลกุลโมเมนต์ไดโพลและพลังงานของปฏิกิริยา นอกจากนี้ยังสามารถพบความถี่ที่สั่นสะเทือนอัตราการเกิดปฏิกิริยาและพลังงานอิสระได้โดยใช้ตัวเริ่มต้น เนื่องจากลักษณะทางกายภาพเหล่านี้ยากที่จะแก้ไขเป็นอย่างมากจึงเป็นสิ่งจำเป็นสำหรับนักเคมีการคำนวณที่จะทำให้มันง่ายขึ้นพอที่จะพบลักษณะทางกายภาพและยังคงแม่นยำ
กลศาสตร์ระดับโมเลกุลเป็นวิธีการทางเคมีเชิงคำนวณที่ใช้ในการทดลองทางชีวเคมีและการใช้งาน วิธีนี้สามารถใช้กับโครงสร้างขนาดใหญ่เช่นเอนไซม์และอาศัยฟิสิกส์แบบดั้งเดิม แต่ไม่สามารถคำนวณคุณสมบัติอิเล็กทรอนิกส์ในสาร สาขาเคมีเชิงคำนวณมีการเปลี่ยนแปลงอยู่ตลอดเวลาเนื่องจากความก้าวหน้าทางเทคโนโลยีและทฤษฎีใหม่ได้รับการพัฒนา
เทคนิคเหล่านี้ทำให้นักเคมีสามารถตรวจสอบโครงสร้างที่แทบจะเป็นไปไม่ได้ที่จะมองอย่างอื่นเนื่องจากขนาดที่เล็กมาก อนุภาคนาโนซึ่งมีขนาดเล็กกว่าอะตอมสามารถสร้างแบบจำลองสำหรับใช้ในการใช้งานเช่นอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์วัตถุระเบิดและยา เนื่องจากการคำนวณทางเคมีส่วนใหญ่ขึ้นอยู่กับการสร้างแบบจำลองของคุณสมบัติที่รู้จักจึงมีห้องสำหรับข้อผิดพลาดในการทดลองเหล่านี้ นี่คือเหตุผลที่การฝึกอบรมขั้นสูงและความรู้ด้านเคมีและการวิจัยมีความจำเป็นต่อการทำงานในสาขาเคมีเชิงคำนวณ
