计算
化学（Computational Chemistry）是化学的一个分支，它使用
计算机模拟来帮助解决化学问题。 它使用理论化学方法并入
计算机程序来计算分子、分子基团和固体的结构和性质。该学科弥补了以分析或封闭形式实现化学系统的精确量子力学描述并不可行的问题。
计算化学主要涉及
密度泛函理论计算新方法研究和功能材料结构与性能理论两大领域。其课程主要内容是运用数学、
统计学与
计算机科学的方法，进行化学、化工中的数据与信息的处理、分类、解析和预测。
20世纪80年代是计算化学计算飞速发展的时期。 出现了计算化学研究的重要工具
gaussian软件，其是由1998年
诺贝尔化学奖得主沃尔特·库恩(Walter Kohn)和
约翰·波普(John Pople)开发的，它是进行从头算的鼻祖。 Gaussian程序是一个最普及的程序，它最早的版本是1970年的Gaussian70，最新的版本是Gaussian09。 它可以进行各种类型的从头算，半经验和密度泛函 [30] 。 Gaussian程序可以预言分子和化学反应的许多性质，如分子能量和结构，电子密度分布，热力学性质，振动频率，红外和
拉曼光谱，NMR化学位移，极化率和
静电势等。
2013年诺贝尔化学奖得主Martin Karplus (
马丁·卡普拉斯)等开发的Charmm软件，Charmm是Chemistry at Harvard Macromolecular Mechanics的缩写，是一个用来进行经典的、量子的或量子经典杂化的模拟计算程序，目前其在科研学术和药物开发商业等领域都得到了广泛应用。 在Charmm软件的基础上，Paul Weiner研究组开发了Amber 程序的第一个版本，Wilfred van Gunsteren研究组，开发出了GROMOS程序。 NAMD程序，更是基于Charmm进行了并行化的处理，发挥了Charmm的功能。 此外还有Gamess软件、Amber软件、Vasp软件等都在计算化学领域有重要的应用。 例如在模拟药物如何到达体内靶蛋白的实验中，电脑可直接对与药物相互作用的靶蛋白原子执行量子理论计算，精确分析出药物发生作用的全过程。
在中国二十世纪八十年代中期，
胡文祥在中国科学院上海有机化学研究所攻读博士学位期间，就建立了分子力学与量子化学联算的基本思路和方法，博士毕业后到军事医学科学院六所工作，在恽榴红教授支持下与
计算机专家合作，编制了自动挑选数据的程序，开创了全新的计算过程，从经典的分子力学计算分子的低能构型构象等几何参量入手， 再输入给量子化学程序计算分子的轨道能量和电荷密度等电子参数，或者使用分子力学计算整个分子骨架几何参量，用量子化学计算活性中心的电子参数，如此一来计算效率得到了极大提高。 从分子力学计算直接过渡到量子化学计算，发挥了两者的长处，得到了两类结果。 他应用这一联算方法，研究胆碱能药物空间构象与构效关系等，获得了国家和军队科技进步奖等一系列成果。
胡文祥教授实验室继续发扬计算化学方面的优势，进行分子力学与量子化学联算、量子参数与反应性关系、核磁共振化学位移统一计算、药物分子二维和三维定量构效关系、
分子动力学模拟和分子对接研究等研究工作，不断取得新结果。
密度泛函理论计算新方法研究：该研究领域主要采用现代数学理论和方法研究多电子体系电子结构，以解决大尺度
化学体系量化计算的可行性与精确性。目前研究的主要内容包括两个方面：(a) 溶剂效应对若干有机反应的影响：将实验和理论研究相结合，从
反应机理入手研究溶剂效应对若干有机反应的影响，以理论计算来解释反应现象，建立一系列溶剂效应的计算模型，探讨溶剂效应对若干有机反应的影响。掌握溶剂效应对反应影响的规律可以有效的控制反应条件，以得到更多的目标产物，这对于目标产物的工业化生产具有很重要的应用价值。 (b) 分子间的弱相互作用：采用
密度泛函理论研究分子间弱相互作用—
氢键，掌握氢键存在对物质性质的影响和对有机反应影响的规律。
②功能材料结构与性能理论：这一方向主要定位于研究功能材料结构与性能之间的构效关系、功能材料的设计与模拟。通过研究材料表面的原子排列、电子结构、
吸附与脱附、界面原子之间以及粒子与表面原子的相互作用规律，获得功能材料的电磁、电光、电热或电声的耦合机理并给予可靠的理论支持，同时设计、模拟出新的具有特殊结构和优异性能的功能材料，为结构化学基础研究和高技术光电子功能材料研究提供创新源泉。
计算化学在生物化学方面的应用，有金海晓等采用计算化学方法探明蛋白激酶在
水溶液中的动态行为，包括磷酸化对蛋白激酶构象的影响、磷
酰基转移机理以及蛋白激酶与抑制剂的作用模式等，这些工作为合理设计药物提供了参考。 此外，曹冉等对计算化学方法在基于受体结构的药物分子设计中的多种应用，包括小分子结合位点的成药性评估、化合物数据库的虚拟筛选、先导化合物的结构优化等进行了探讨。
计算化学在化学合成上多用于化合物的理论计算结果与其实验结果的对比。 如
邢波等 [40] 用GaussView软件模拟苯的分子结构，用量子化学计算软件Gaussian 03W的密度泛函法，在B3LYP/6-31G基组水平上，优化苯分子结构、计算能量和频率，及其红外光谱，并与实验结果对比。 根据成键轨道(natural bond orbital, BO)和电子密度计算结果，探讨苯的稳定性，
分子轨道能量，原子静电荷分布规律和前沿分子轨道组成的特征，计算得出HOMO和LUMO的能量差是0.25191 eV，HOMO是比较大的负值(−0.24819 eV)，说明苯有较好的稳定性，看来采用纳米TiO2光催化方法降解苯是可行的。
邢波等还 [41] 通过应用计算化学软件Gaussian 03WHF方法中的3—21G基组优化苯和
甲苯分子结构，预测苯和甲苯分子的红外光谱。 找到
苯环振动吸收峰分别是苯红外图中的1658 cm。 与甲苯红外图中的1667 cm~。 与苯和甲苯文献检索红外谱图相对应(特征吸收峰分别是1478和1485 cm−1)，符合较好。 还找到苯环C-H拉伸振动吸收峰3080 cm−1 (苯)和3040 cm−1 (甲苯)。 此外，还有对多种类似化合物进行化学计算进行对比，如盛旭玲 [42] 采用Materials Studio软件中的DMol^3模块，对18种苯的二取代在药物研发过程中手性化合物绝对构型的确定是一个极其重要的问题，药物分子的立体构型与药物的疗效、毒性密切相关，因此，药物分子立体结构的研究具有重要意义。 目前，手性化合物立体结构的研究方法也倍受关注，运用计算化学方法确定手性化合物的立体构型是一种简便而有效的方法，已经被越来越多的研究者接受并采用。 王重娟等 [43] 利用计算化学方法，对旋光计算、电子圆二色谱(ECD)计算、振动圆二色谱(VCD)计算，以及13C-核磁共振(13C-NMR)计算等方法进行综述。 为了在
化学领域中更好地应用
微波能，需要深入研究微波与化学反应相互作用的机理，由于等效介电系数常常被用来描述在化学反应中微波的吸收和传输情况，因而，化学反应中反应物的等效介电系数就成为微波化学研究的关键问题之一。 华伟等 [44] 基于反应溶液中单位体积内的分子个数随温度变化的情况对
黄卡玛提出的经验公式进行了改进。 以
碘化钾和
高锰酸钾两个
氧化还原反应为例，对实验结果和计算结果进行了分析比较，结果表明其具有很好的一致性，而且计算精度较改进前的公式得到了改善。
计算化学在对天然产物绝对构型的确定上也有重要应用。 由于传统方法在天然产物绝对构型确定方面存在一定局限性和不足，而大部分工作交由
计算机完成的计算化学方法，在保持同样高精确度的基础上，可以节约大量时间。 李桢等 [45] 文章中有多个应用两种或多种计算光谱法相结合在天然产物绝对构型确证的实例，表明计算化学方法在天然产物研究中已经逐渐被认可。
随着
化学理论的不断发展，以及计算机性能的迅猛发展，计算化学通过对涵盖若干公理的一个系统
方程的求解，解决化学的问题。 它不依赖传统化学实验仪器设备、试剂和药品，是建立在理论的演绎思维的基础上的电脑模拟。 计算化学的第一原理是具有公理结构的，经过数学和逻辑演绎而得到关于物质的形式理论体系，再从形式理论出发利用物理假设出发，利用物理模型近似，二次形式化和计算，得到理论预计值，最后在再去与实验结果核对。 因此，以量子力学，统计力学为核心的计算化学在理论化学与实验化学之间起到了很大作用。