شیمی‌آلی‌فیزیک مطالعه‌ی روابط داخلی میان ساختار و واکنش پذیری در مولکول‌های آلی می‌باشد. این مبحث همچنین می‌تواند به عنوان مطالعه‌ی شیمی‌آلی توسط مباحث شیمی‌فیزیک مانند تعادل شیمیایی، سینتیک شیمیایی، ترموشیمی و شیمی کوانتوم در نظر گرفته شود. لفظ "شیمی‌آلی‌فیزیک" معمولا منسوب به لوئیس همت (Louis hammett) می‌شود، کسی که از این لفظ به عنوان یک عنوان در کتابی در سال 1940 استفاده کرد.

دو موضوع مهم در شیمی‌آلی‌فیزیک ساختار و واکنش‌پذیری است. مطالعه‌ی ساختار از پیوند شیمیایی آغاز می‌شود، همراه با تاکید ویژه بر پایداری مولکول‌های آلی به دلیل عواملی نظیر کشیدگی فضایی و آروماتیسیته. مباحث دیگر در ساختار شامل استرئوشیمی (شیمی‌فضایی) و آنالیز تطابقی می‌شود. ساختار فوق مولکولی (Supramolecular) نیز برحسب نیروهای درون مولکولی که شامل پیوند هیدروژنی می‌شود در نظر گرفته می‌شود. در آخر، شیمی پایه اسید در مولکول‌ها بر حسب ساختار مطالعه می‌شود که بر پایه‌ی رزونانس و اثر القا و استفاده از روابط انرژی آزاد خطی می‌باشد.

مطالعه‌ی واکنش‌پذیری بر روی مکانیزم‌های واکنش‌های شیمایی تمرکز دارد. این شاخه شیمی از علم سینتیک شیمیایی، طیف‌سنجی، تاثیرات ایزوتوپ، و شیمی‌کوانتوم برای تعیین سلسله مراتب مراحل مقدماتی موجود در یک واکنش استفاده می‌کند. این مراحل مقدماتی می‌تواند در چند طبقه اصلی تنظیم شوند: افزایش، حذف، جایگزینی و واکنش‌های چرخه‌ای (شامل بیش از 3 مرحله). مکانیزم‌ها معمولا برحسب دافعه‌ی الکترونی و سطوح انرژی پتانسیل بیان می‌شوند. موضوعات عمده‌ دیگر فوتوشیمی، تاثیر نور بر واکنش‌پذیری مولکول‌های شیمیایی و تاثیرات حلال بر روی واکنش‌های شیمایی می‌باشد.

 ساختار و واکنش‌پذیری، هر دو در مطالعه‌ی واسطه‌های واکنش (گونه‌های ناپایدار که در مکانیزم واکنش‌ها دخیل هستند) دخیل هستند. انواع اصلی واسطه‌ها شامل کربوکاتیون‌ها، کربو‌آنیون‌ها، رادیکال‌های آزاد و کاربین‌ها می‌باشند. معمولا این واسطه‌ها مجزا نمی‌باشند ولی حضور آن‌ها از شواهد استرئوشیمی، طیف سنجی و استفاده از تله‌های شیمایی استنتاج می‌شود. در بعضی موارد البته، این امکان هست که این گونه از مولکول‌ها را در دماهای بسیار پایین (سرماشیمی cryochemistry) یا توسط جداسازی ماتریکسی جداسازی کنیم. همچنین این امکان وجود دارد که مشتقات مشخصی که توسط عوامل شیمایی مانند رزونانس پایدار شده‌اند ایجاد کرد مانند آنچه در مورد رادیکال تری‌فنیل‌متیل انجام می‌شود.