La química cuántica es la aplicación de la mecánica cuántica a problemas de química.

Una aplicación de la química cuántica es el estudio del comportamiento de átomos y moléculas, en cuanto a sus propiedades ópticas, eléctricas, magnéticas y mecánicas, y también su reactividad química, sus propiedades red-ox, redox... pero también se estudian materiales, tanto sólidos extendidos como superficies.

Como los estudios mecanocuánticos sobre átomos se consideran en la frontera entre la química y la física, y no se incluyen por lo general dentro de la química cuántica, frecuentemente se considera como primer cálculo de química cuántica el llevado a cabo por los científicos alemanes Walter Heitler y Fritz London (aunque a Heitler y a London se les suele considerar físicos) sobre la molécula de dihidrógeno (H₂) en 1927. El método de Heitler y London fue perfeccionado por los químicos americanos John C. Slater y Linus Pauling, para convertirse en el método de enlace de valencia (o Heitler-London-Slater-Pauling (HLSP)). En este método, se presta atención particularmente a las interacciones entre pares de átomos, y por tanto se relaciona mucho con los esquemas clásicos de enlaces entre átomos.

Friedrich Hund y Robert S. Mulliken desarrollaron un método alternativo, en que los electrones se describían por funciones matemáticas deslocalizadas por toda la molécula. El método de Hund-Mulliken (o de orbitales moleculares) es menos intuitivo para los químicos, pero, al haberse comprobado que es más potente a la hora de predecir propiedades que el método de enlace de valencia, es virtualmente el único usado en los últimos años.

Algunos subtemas de interés en química cuántica son:

La comunidad de científicos que han hecho grandes aportaciones a la química cuántica incluye a: