Hóa học lượng tử, còn gọi là
hóa lượng tử, là một ngành
khoa học ứng dụng
cơ học lượng tử để giải quyết các vấn đề của
hóa học. Các ứng dụng có thể là miêu tả
tính chất điện của các
nguyên tử và
phân tử liên quan đến các
phản ứng hóa học giữa chúng. Hóa lượng tử nằm ở ranh giới giữa
hóa học và
vật lý do nhiều nhà khoa học thuộc hai lĩnh vực này phát triển.Nền tảng của hóa lượng tử là mô hình sóng về nguyên tử, coi nguyên tử được tạo thành từ một
hạt nhân mang
điện tích dương và các
điện tử quay xung quanh. Tuy nhiên, không giống như
mô hình nguyên tử của Bohr, các điện tử trong mô hình sóng là các đám mây điện tử chuyển động trên các
quỹ đạo và vị trí của chúng được đặc trưng bởi một
phân bố xác suất chứ không phải là một điểm rời rạc. Để biết được phân bố xác suất, người ta phải giải
phương trình Schrödinger. Điểm mạnh của mô hình này là nó tiên đoán được các dãy nguyên tố có tính chất tương tự nhau về mặt hóa học trong
bảng tuần hoàn các nguyên tố hóa học. Mặt khác, theo
nguyên lý bất định,
vị trí và
năng lượng của các
hạt này lại không thể xác định chính xác cùng một lúc được.Mặc dù cơ sở toán học của hóa lượng tử là phương trình Schrödinger, nhưng đa số mọi người chấp nhận rằng tính toán chính xác đầu tiên trong hóa lượng tử là do hai
nhà khoa học người Đức là
Walter Heitler và
Fritz London tiến hành đối với phân tử
hiđrô (H2) vào năm
1927. Phương pháp của Heitler và London được
nhà hóa học người Mỹ là
John C. Slater và
Linus Pauling phát triển và trở thành phương pháp
liên kết hóa trị (còn gọi là phương pháp Heitler-London-Slater-Pauling). Trong phương pháp này, người ta quan tâm đến các tương tác cặp giữa các nguyên tử và do đó, có liên hệ mật thiết với hiểu biết của các nhà hóa học cổ điển về
liên kết hóa học giữa các nguyên tử.Một phương pháp khác được
Friedrich Hund và
Robert S. Mulliken phát triển, trong đó, các điện tử được miêu tả bằng các hàm sóng bất định xứ trên toàn bộ phân tử. Phương pháp Hund-Mulliken còn được gọi là phương pháp
quỹ đạo phân tử khó hình dung đối với các nhà hóa học nhưng lại hiệu quả hơn trong việc tiên đoán các tính chất so với phương pháp liên kết hóa trị. Phương pháp này chỉ được dễ hình dung khi có sự giúp đỡ của máy tính vào những năm gần đây.