本学科依托于北京大学分子动态与稳态国家重点实验室、理论与计算化学研究所和北京大学核磁中心，围绕物理化学领域的核心和前沿问题开展研究，涵盖了材料物理化学、纳米化学、生物物理化学、胶体与界面化学、催化化学、理论与计算化学等六个主要方向。本学科在历次全国重点学科评估中名列物理化学学科第一，拥有中科院院士二人(唐有祺教授和吴云东教授)，长江特聘教授六名(刘忠范、来鲁华、吴云东、刘文剑、金长文、夏斌)，国家杰出青年基金获得者十名(刘忠范、来鲁华、王远、吴凯、黄建滨、齐利民、徐东升、吴云东、金长文、夏斌)，教育部“新世纪优秀人才支持计划”入选者二名(张锦、刘海超)，一个国家自然科学基金委“创新研究群体”和一个教育部“创新团队”。现有博士生导师20名，每年招收5年制硕博连读生和4年制博士研究生2530 名。本学科拥有一流的学术研究环境，经过“985工程”和“211工程”建设，实验条件得到大幅度提升，主要研究手段包括：X射线粉末和单晶衍射仪3台，超高真空变温和常规扫描探针显微镜7台，超高真空能谱仪(Kratos)，超高真空电子束沉积系统(Balzers)，化学气相沉积系统6套，扫描电子显微镜(Hitachi 4800)，500兆/600兆/800兆核磁共振谱仪4台，微探针台电学测试系统，FTIR、Raman、UVVIS光谱仪多台，以及大型计算平台等。目前承担着包括“973”、“863”、国家自然科学基金重大和重点项目、创新研究群体基金、国家杰出青年科学基金、科技部示范工程等一大批科研项目。近年来在J. Am. Chem. Soc.、Angew. Chem. Int. Ed.、PNAS、Adv. Mater.、J. Phys. Chem.、J. Bio. Chem.等国际一流学术刊物上发表的论文数量稳步增加。近年来每年发表SCI文章100多篇，高质量论文所占比例逐年增加，其中2005年发表影响因子大于3的论文占论文总数约45%，并获得国家和部委奖励多项。本专业对于推动我国物理化学的发展做出过重要贡献，在国际物理化学界具有一定的学术地位和影响，未来也必将会继续保持快速发展的良好态势。热忱欢迎对物理化学专业学习和研究感兴趣的同学加入到这个朝气蓬勃的队伍中来!
主要研究方向如下表：
| 序号 | 研究方向名称 | 主要研究内容、特色与意义 | 指导教师 |
| 1 | 材料物理化学 | 以特定的功能为导向，在分子水平上实现结构的设计和施工，研究构件的形成和组装规律，并在此基础上对特定性能的材料与器件进行定向合成。表面材料的控制生长和固体表面的结构和理化性能的研究。表面组装与表面调控反应。 |
章士伟 王 远 吴 凯 徐东升 |
| 2 | 纳米化学与纳米结构器件 | 发展纳米结构的加工、组装和可控生长方法以及基于扫描探针显微技术的高分辨纳米物性测量方法。通过纳米尺度的物理化学过程研究，探索新原理纳米结构器件的科学基础。 |
刘忠范 张 锦 朱 涛 |
| 3 | 生物物理化学 | 从实验和理论两方面系统地开展蛋白质折叠、结构预测、模拟与分子设计以及基于结构的药物设计方法的研究。生物大分子结构与功能关系的研究。 |
唐有祺 来鲁华 黄其辰 金长文 夏 斌 曹傲能 刘 莹 |
| 4 | 胶体与界面化学 | 两亲分子有序组合功能体系的形成、结构与微环境；两亲分子与大分子的相互作用；两亲分子及大分子引导下的仿生材料合成、纳米结构的溶液法合成与有序组装。 |
黄建滨 齐利民 肖进新 |
| 5 | 催化化学 |
新型功能化离子液体的合成及其特异催化性能的研究；原子/分子水平上新型（多相和均相）催化剂的设计合成、催化剂构效关系和反应机理的研究以及绿色或原子经济催化反应的开发。 |
段连运 寇 元 刘海超 朱月香 |
| 6 | 理论与计算化学 | 发展相对论量子化学理论方法和软件，研究含重元素体系的电子结构、激发态、化学反应与催化反应机理；系统开展有机与生物大分子的理论研究。 |
吴云东 刘文剑 |