Parte de esta disciplina puede ser clasificada como Química computacional, aunque la química computada normalmente indica la aplicación de la química teórica con una configuración específica, usualmente con algún modelo aproximado del estilo post Hartree-Fock, Teoría del funcional de la densidad, métodos semiempíricos (como los métodos PM3 (Química) o de campo de fuerza). Algunos químicos teóricos aplican Mecánica estadística Las aproximaciones teóricas a los problemas químicos empiezan en los viejos tiempos, pero hasta la formulación de la ecuación de Schrödinger por el físico austríaco Erwin Schrödinger, las técnicas disponibles eran a la vez toscas y especulativas. Actualmente, aproximaciones teóricas mucho más sofisticadas, basadas en la Teoría cuántica de campos y la Teoría de la Función de Green de no-equilibrio (Nonequilibrium Green Function Theory) están en boga.

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Theoretical chemistry seeks to provide explanations to the chemical and physical observations of molecules. Theoretical chemistry includes the fundamental laws of physics Coulomb's law, Kinetic energy, Potential energy, the virial theorem, Planck's Law, Pauli exclusion principle and many others to explain and predict chemical observed phenomena. In order to explain an observation one has to choose the "appropriate level of theory". For example, some theoretical methods (DFT) may not be appropriate to solve magnetic coupling or electron transitions properties. Instead, there are reports like Multireference configuration interaction (MRCI), which accurately and thoroughly explain the observed phenomena by means of the fundamental interactions. Major components include quantum chemistry, the application of quantum mechanics to the understanding of valence, molecular dynamics, statistical thermodynamics and theories of electrolyte solutions, reaction networks, polymerization, catalysis, molecular magnetism and spectroscopy.

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