Računalna kemija koristi matematiku i računala za rješavanje kemijskih problema. Koristeći računalni softver, kemičari mogu simulirati eksperimentalne rezultate i pronaći svojstva tvari. Područje računalne kemije pomaže u istraživanju stvari koje bi inače bilo teško ili skupo pronaći zbog male prirode molekula, atoma i nanočestica. Velik dio polja temelji se na Schrodingerovoj jednadžbi, koja modelira atome i molekule pomoću matematike. Ab initio, poluempirijska i molekularna mehanika su metode računalne kemije koje se često koriste za analizu molekularnih struktura.
Proces računalne kemije počinje promatranjem teorije, kao što je teorija elektroničke strukture. To pomaže odrediti kretanje elektrona unutar molekule. U ovom trenutku, koristeći matematičke jednadžbe, može se odrediti osnovni skup na temelju izračuna. Ove informacije mogu se unijeti u računalni softver za opis stvari kao što je valna funkcija, koja se može koristiti za stvaranje modela drugih fizičkih karakteristika molekule. Kemičari mogu vidjeti model orbitala molekule, početi predviđati eksperimentalne strukture i pogledati energiju molekule.
Korištenje ab initio omogućuje kemičarima da pogledaju fizička svojstva tvari i koriste Schrodingerovu jednadžbu kako bi saznali fizičke karakteristike molekula. To uključuje stvari kao što su geometrija molekula, dipolni moment i energija reakcije. Frekvencije vibracija, brzina reakcije i slobodna energija također se mogu pronaći pomoću ab initio. Budući da je ove fizičke karakteristike iznimno teško riješiti, potrebno je da ih računalni kemičari dovoljno pojednostave kako bi se fizičke karakteristike mogle pronaći i još uvijek biti točne.
Molekularna mehanika je metoda računalne kemije koja se koristi u biokemijskim eksperimentima i aplikacijama. Ova se metoda može koristiti za veće strukture kao što su enzimi i oslanja se na tradicionalnu fiziku, ali nije u stanju izračunati elektronska svojstva u tvarima. Područje računalne kemije stalno se mijenja kako tehnologija napreduje i razvijaju se nove teorije.
Ove tehnike omogućuju kemičarima da ispitaju strukture koje bi inače bilo gotovo nemoguće pogledati, zbog njihove iznimno male veličine. Nanočestice, koje su manje od atoma, mogu se modelirati za upotrebu u aplikacijama kao što su elektronika, eksplozivi i medicina. Budući da se velik dio računalne kemije temelji na modeliranju poznatih svojstava, u ovim eksperimentima ima mjesta za pogreške. Zbog toga je za rad u računskoj kemiji neophodna napredna izobrazba i znanje iz kemije i istraživanja.