Về mặt lịch sử, sự nghiên cứu của hóa học lý thuyết liên quan đến các môn học sau:

• Vật lý phân tử : Nghiên cứu về trung tâm phân tử và nguyên tử.
• Vật lý phân tử : Môn học về electron nghiên cứu về hạt nhân phân tử và sự chuyển động của hạt nhân. Thuật ngữ này liên hệ đến các nghiên cứu phân tử được tạo ra từ một vài phân tử trong gas. Nhưng một số học giả cho rằng vật lý phân tử cũng nghiên cứu về đặc tính lớn hơn của các chất hóa học dưới góc độ của phân tử
• Hóa học vật lý và vật lý hóa học: Hóa học nghiên cứu thông qua các phương pháp vật lý như kỹ thuật laser, kính hiển vi quét xuyên hầm,... Đặc trưng mang tính chất mô thức giữa hóa học vật lý và vật lý hóa học là hóa học vật lý là một nhánh của hóa học trong khi vật lý hóa học là một nhánh của vật lý. Trong nghiên cứu, sự phân biệt này khá mơ hồ.
• Lý thuyết đa vật thể: Môn học này nghiên cứu về các tác động xuất hiện trong các hệ thống với số lượng lớn của các phần tử. Nó được dựa trên vật lý lượng tử - gần như là sự mô hình của lượng tử hóa thứ hai - và điện động lực học lượng tử .

Chính vi thế, hóa học lý thuyết đã được mở rộng như là một nhánh của nghiên cứu. Với sự nổi lên của lý thuyết chức năng đậm đặc cũng như nhiều phương pháp như cơ học phân tử , ranh giới của sự ứng dụng của hóa học lý thuyết được mở rộng cho các hệ thống hóa học, những thứ thích hợp cho các lĩnh vực khác của vật lý và hóa học, bao gồm sinh hóa học, vật lý vật thể đậm đặc, công nghệ nano hoặc sinh học phân tử .