物理化学是从物理角度分析化学原理的化学学门，可谓近代化学的原理根基。物理化学家关注于分子如何形成结构、动态变化、分子光谱的根本原理，以及平衡态等根本问题，涉及的物理包涵热力学、动力学、量子化学、统计力学等重要物理领域。物理化学和化学物理两者差异不大，端看研究者所关注或偏向的层面而定。大体而言，物理化学为四大学门中最讲求数值精确以及理论架构严谨的学门。诺贝尔奖得主李远哲先生之研究领域化学反应动力学即属物理化学。

分析化学开发分析物质成分、结构的方法，使化学成分得以定性和定量，化学结构得以确定。分析化学是化学家最基础的训练之一。化学家在实验技术和基础知识上的训练，皆得力于分析化学。当代分析化学着重仪器分析，常用的分析仪器有几大类，包括原子与分子光谱仪，电化学分析仪器，核磁共振，X光，以及质谱仪。

有机化学研究碳，氢，氧，氮，硫等元素组成的化合物的化学学门。有机化学主要研究有机化合物的合成途径和方法，机构和物理性质。由于有机化学高度的应用性和悠久的发展历史，通常被普罗大众视为当代化学的代名词。有机合成和新反应途径的开发，对于药物，天然物，生物和材料高分子的开发，都是极为重要的一环，对于化学工业有极大的影响。

无机化学有机化合物以外元素的化学领域，研究化合物的合成途径和方法，机构和物理性质，最常见的分子体系为金属错合物。有机和无机化学领域常有交叠，甚至有密不可分的趋势。有机金属化学就是一门结合有机和无机领域的化学。