Računalniška kemija uporablja matematiko in računalnike za reševanje kemijskih problemov. Z uporabo računalniške programske opreme lahko kemiki simulirajo eksperimentalne rezultate in najdejo lastnosti snovi. Področje računalniške kemije pomaga pri raziskovanju stvari, ki bi jih bilo sicer težko ali drago najti zaradi drobne narave molekul, atomov in nanodelcev. Velik del področja temelji na Schrodingerjevi enačbi, ki z matematiko modelira atome in molekule. Ab initio, polempirična in molekularna mehanika so metode računalniške kemije, ki se pogosto uporabljajo za analizo molekularnih struktur.
Proces računalniške kemije se začne z ogledom teorije, kot je teorija elektronske strukture. To pomaga določiti gibanje elektronov znotraj molekule. Na tej točki je z uporabo matematičnih enačb mogoče določiti osnovni niz na podlagi izračunov. Te informacije je mogoče vnesti v računalniško programsko opremo za opis stvari, kot je valovna funkcija, ki se lahko uporabi za ustvarjanje modelov drugih fizičnih značilnosti molekule. Kemiki lahko vidijo model orbital molekule, začnejo napovedovati eksperimentalne strukture in si ogledajo energijo molekule.
Uporaba ab initio omogoča kemikom, da si ogledajo fizikalne lastnosti snovi in uporabijo Schrodingerjevo enačbo, da ugotovijo fizikalne značilnosti molekul. To vključuje stvari, kot so geometrija molekul, dipolni moment in energija reakcije. Vibracijske frekvence, reakcijsko hitrost in prosto energijo lahko najdemo tudi z ab initio. Ker je te fizikalne značilnosti izjemno težko rešiti, jih morajo računalniški kemiki dovolj poenostaviti, da je fizikalne značilnosti mogoče najti in so še vedno točne.
Molekularna mehanika je metoda računalniške kemije, ki se uporablja v biokemijskih poskusih in aplikacijah. Ta metoda se lahko uporablja za večje strukture, kot so encimi, in se opira na tradicionalno fiziko, vendar ni sposobna izračunati elektronskih lastnosti v snoveh. Področje računalniške kemije se nenehno spreminja, saj tehnologija napreduje in se razvijajo nove teorije.
Te tehnike omogočajo kemikom, da preučijo strukture, ki bi jih bilo zaradi izjemno majhne velikosti skoraj nemogoče videti. Nanodelce, ki so manjši od atomov, je mogoče modelirati za uporabo v aplikacijah, kot so elektronika, eksplozivi in medicina. Ker velik del računalniške kemije temelji na modeliranju znanih lastnosti, je pri teh poskusih dovolj prostora za napake. Zato je za delo v računalniški kemiji potrebno napredno usposabljanje in znanje iz kemije in raziskav.