شیمی کوانتوم ار علم مکانیک کوانتوم برای توضیح و پیش‌بینی رفتارهای شیمیایی استفاده می‌کند. عمده‌ی تحقیقات شیمی کوانتوم ار محاسبات تقریبی معادله شرودینگر برای تعیین کردن درجه‌های انرژی مولکول‌ها و خصوصیات مولکول‌ها مانند رسانایی گرمایی، توزیع بار و فعالیت شیمیایی استفاده می‌کند. باقی نتایج حاصل از شیمی کوانتوم شامل هندسه مولکولی، قدرت و دیگر خصوصیات پیوندهای شیمیایی، طیف‌های نوری و طیف‌های دیگر، نیروهای بین مولکولی و خصوصیات شیمیایی بسیار و ویژگی‌های رفتار شیمیایی می‌شود.

·      در واکنش‌ها، شیمی کوانتوم حالت پایه‌ی اتم‌های تک و مولکول‌ها، حالت‌های برانگیخته و تحولات حالت مواد که در خلال واکنش‌های شیمیایی روی می‌دهد را مطالعه می‌کند.

·      در محاسبات: مطالعات شیمی کوانتوم همچنین از روش‌های نیمه‌تجربی یا روش‌های دیگر که بر پایه‌ی قوانین مکانیک کوانتوم است استفاده می‌کند و به مشکلات وابسته به زمان رسیدگی می‌کند. بسیاری از مطالعات شیمی کوانتوم فرض می‌کنند که هسته‌ها‌ی اتمی در پایین‌ترین میزان انرژی هستند. (تقریب بورن-آپنهایمر) بسیاری از محاسبات دربرگیرنده‌ی روش‌های تکراری که شامل روش‌های میدان خودسازگار می‌شوند، هستند. اهداف عمده‌ی شیمی کوانتوم شامل افزایش دقت در نتایج درباره‌ی سیستم‌های ریزمولکولی و افزایش اندازه‌ی مولکول‌های بزرگ که قابلیت این فرایند را داشته باشند می‌شود که فرایند اخیر به دلیل محاسبات مقیاس‌گذاری محدودیت دارد _زمان محاسبه با افزایش تعداد اتم‌ها افزایش می‌یابد.

تاریخچه

تاریخچه‌ی شیمی کوانتوم در اصل در سال 1838 با کشف پرتوهای کاتدی توسط مایکل فارادی ،بیان مساله‌ی پرتوزایی ماده‌ی سیاه توسط گوستاو کیرشهف در سال 1859، فرضیه‌ی لودویگ بولتزمان درباره‌ی اینکه حالت‌های انرژی یک سیستم فیزیکی می‌توانند گسسته شوند در سال 1877 و فرضیه‌ی کوانتوم توسط ماکس پلانک که با فرمول زیر بیان می‌شود آغاز شد:

در اینجا h یک مقدار عددی است که ثابت پلانک خوانده می‌شود. سپس، در 1905 برای توضیح تاثیر فوتوالکتریک (1839)، که تاباندن نور بر روی مواد خاصی می‌تواند الکترون‌ها را از ماده خارج کند، آلبرت اینشتین بر اساس نظریه کوانتومی پلانک ادعا کرد که نور شامل ذرات کوانتومی تک می‌باشد که بعدا فوتون نامیده شدند.(1926) در سال‌های پی در پی، این پایه‌ی نظری به آرامی در ساختار، فعالیت و پیوند شیمایی کاربرد پیدا کرد.

ساختار الکترونی

   اولین قدم در حل یک مساله شیمی کوانتوم معمولا حل معادله‌ی شرودینگر (یا معادله‌ی دیراک در شیمی کوانتوم نسبیتی) توسط مولکول الکترونی همیلتونی می‌باشد. این عمل تعیین ساختار الکترونی یک مولکول نامیده می‌شود. می‌توان گفت که ساختار الکترونی یک مولکول یا کریستال در اصل بر خواص شیمیایی دلالت می‌کند. یک حل دقیق برای معادله‌ی شرودینگر تنها می‌تواند برای اتم هیدرژون بدست آید. چون تمامی سیستم‌های اتمی یا مولکولی دیگر، شامل حرکات سه ذره یا بیشتر می‌شود، معادلات شرودینگر آن‌ها نمی‌تواند دقیقا حل شود و در نتیجه باید در پی راه حل‌های تقریبی بود.