生物化学
随着对无生命化学的了解在19世纪不断发展，尝试用分子结构和反应性来解释活生物体的生理过程引起了生物化学学科的发展。生物化学家运用化学技术和理论来探索生命的分子基础。在一个生物体的生理过程是高度集成方式下发生的数千个化学反应的结果的前提下，对生物进行了研究。生物化学家建立了除其他外的原理，这些原理是细胞能量转移，细胞膜化学结构，遗传信息的编码和传递，肌肉和神经功能以及生物合成途径的基础。实际上，已经发现相关生物分子在生物体中起着与细菌和人类不同的类似作用。然而，生物分子的研究存在许多困难。这样的分子通常非常大，并且表现出极大的结构复杂性。而且，它们经历的化学反应通常非常快。例如，两条DNA链的分离发生在百万分之一秒之内。如此快速的反应速度只有通过称为酶的生物分子的中介作用才有可能。酶是蛋白质，由于其三维化学结构而具有显着的提速能力。毫不奇怪，生化发现对疾病的理解和治疗产生了巨大影响。由于先天性代谢错误而引起的许多疾病都可以追溯到特定的遗传缺陷。其他疾病是由正常生化途径的破坏引起的。
技术史：化学
提到了罗伯特·博伊尔（Robert Boyle）对蒸汽动力理论的贡献，但博伊尔被公认为“化学之父”，
。
通常，症状可以通过药物缓解，治疗剂的发现，作用方式和降解是生物化学研究的另一个主要领域。细菌感染可用磺胺类药物，青霉素和四环素治疗，对病毒感染的研究表明阿昔洛韦对疱疹病毒有效。当前对致癌和癌症化学疗法的细节非常感兴趣。例如，众所周知，当致癌分子或致癌物与核酸和蛋白质反应并干扰其正常作用方式时，可能会导致癌症。研究人员已经开发出可以鉴定可能致癌分子的测试。当然，希望是，一旦更充分地了解疾病的生化基础，就可以加快癌症预防和治疗的进展。
生物过程的分子基础是快速发展的分子生物学和生物技术学科的基本特征。化学已经开发出了快速，准确地确定蛋白质和DNA结构的方法。另外，正在设计用于合成基因的有效实验室方法。最终，通过用正常基因替换缺陷基因来纠正遗传疾病成为可能。
高分子化学
单质乙烯是由分子式为CH 2 CH 2的分子组成的气体。在某些条件下，许多乙烯分子将连接在一起形成称为聚乙烯的长链，其分子式为（CH 2 CH 2）n，其中n是可变的，但数量很大。聚乙烯是一种坚韧，耐用的固体材料，与乙烯完全不同。它是聚合物的一个例子，它是由许多较小的分子（单体）组成的大分子，通常以线性方式连接在一起。聚合物是许多天然物质，包括纤维素，淀粉，棉，羊毛，橡胶，皮革，蛋白质和DNA。聚乙烯，尼龙和丙烯酸类是合成聚合物的例子。对此类材料的研究属于聚合物化学领域，该领域已在20世纪蓬勃发展。天然聚合物的研究与生物化学有相当多的重叠，但是新聚合物的合成，聚合过程的研究以及聚合物材料的结构和性能表征都给聚合物化学家带来了独特的问题。
聚合物化学家设计并合成了硬度，柔韧性，软化温度，在水中的溶解度和生物降解性各不相同的聚合物。他们生产出的聚合材料与钢一样坚固，但重量更轻，更耐腐蚀。石油，天然气和水的管道现在通常由塑料管构成。近年来，汽车制造商增加了对塑料部件的使用，以制造耗油量更少的轻型汽车。其他行业，例如涉及纺织品，橡胶，纸张和包装材料制造的行业，都建立在高分子化学基础之上。
除了生产新型的聚合物材料外，研究人员还关注开发特殊的催化剂，这是商业化聚合物大规模工业合成所需的。没有这种催化剂，在某些情况下聚合过程将非常缓慢。
物理化学
许多化学学科，例如已经讨论过的学科，都专注于具有共同结构和化学特征的某些材料类别。其他专业可能不是以一类物质为中心，而是以它们的相互作用和转化为中心。这些领域中最古老的是物理化学，旨在测量，关联和解释化学过程的定量方面。例如，盎格鲁-爱尔兰化学家罗伯特·博伊尔（Robert Boyle）在17世纪发现，在室温下，固定量的气体的体积会随着其上压力的增加而成比例地减少。因此，对于处于恒定温度的气体，其体积V与压力P的乘积等于一个常数，即PV =常数。这种简单的算术关系对于在室温和等于或小于一个大气压的压力下的几乎所有气体都是有效的。随后的工作表明，该关系在较高压力下会失去其有效性，但可以得出更精确地匹配实验结果的更复杂的表达式。这种化学规律的发现和研究通常被称为自然规律，属于物理化学领域。在18世纪的大部分时间里，化学系统中数学规律性的来源被认为是围绕构成化学元素和化合物的原子的力和场的连续体。然而，20世纪的发展表明，化学行为最好用原子和分子结构的量子力学模型来解释。物理化学主要致力于该学科的分支是理论化学。理论化学家广泛使用计算机来帮助他们解决复杂的数学方程式。物理化学的其他分支包括化学热力学，其处理热量和其他形式的化学能之间的关系，以及化学动力学，其目的是测量和理解化学反应的速率。电化学研究电流与化学变化的相互关系。电流通过化学溶液会导致通常可逆的组成物质发生变化，即，在不同条件下，改变后的物质本身会产生电流。普通电池包含化学物质，当这些化学物质通过闭合电路相互接触时，将以恒定电压提供电流，直到这些物质被消耗掉。目前，人们对可以在阳光下利用能量来驱动化学反应的装置非常感兴趣，这些化学反应的产物能够储存能量。这种装置的发现将使太阳能的广泛利用成为可能。
物理化学中还有许多其他学科比物质本身更关注物质的一般性质和物质之间的相互作用。光化学是研究光与物质相互作用的专业。由光吸收引发的化学反应可能与通过其他方式发生的化学反应非常不同。例如，当甾体麦角固醇吸收太阳辐射时，维生素D就在人体内形成。麦角固醇在黑暗中不会变成维生素D。
物理化学的一个快速发展的子学科是表面化学。它检查化学表面的特性，并严重依赖可以提供此类表面化学轮廓的仪器。每当固体暴露于液体或气体时，反应都会首先在固体表面发生，结果其性质会发生巨大变化。铝就是一个很好的例子：它具有耐腐蚀的性能，因为纯金属的表面会与氧气发生反应而形成一层氧化铝，从而保护金属内部免受进一步的氧化。许多反应催化剂通过提供物质可以在其上反应的反应性表面来执行其功能。
