現代化學理論的核心是量子化學理論，而量子化學理論依賴於對電子運動規律的研究，從這個意義上說，現代化學理論的實質或基礎，是電子運動論。
從化學理論的曆史發展中，我們可以得出如下三點認識：
第一、從曆史和邏輯相統一的觀點來看，化學理論或者確切地說化學基本理論相應於三個發展階段有三種形態，這就是：17、18世紀形成的理論，主要是關於組成和反應的理論，這個階段的反應理論具有特殊的性質，就是說，這個階段形成的反應理論是關於氧化還原這一類反應的理論，也就是燃燒和煆燒這類反應的理論，盡管當時也曾試圖以這種理論解釋其他化學現象，如酸性、堿性等，但是就其主要內容而言，仍然是燃燒和煆燒之類的現象的理論。19世紀形成的理論，主要是關於分子的結構和化學反應的理論，這個階段形成的反應理論已經不再局限於特殊類型的反應，而是關於一般化學反應的理論。20世紀的化學理論，應當認為是結構和反應相統一的理論。這樣看來，化學理論發展的內在邏輯表現為：組成和性質的理論；結構理論和反應理論；結構和反應相統一的理論。這個邏輯次序恰好與人們對化學問題的認識次序相協調。化學認識的發展次序是先認識組成，繼之認識結構，在此基礎上又認識了化學反應或化學過程。
第二，組成和性質理論的基本概念是元素，組成與性質密切相關，元素的性質，在17、18世紀主要表現為親和性或親和力，元素依靠親和力構成化合物，由於不同元素之間親和力大小不同而形成化學反應。燃素說和氧化說，從實質上看，主要是在元素概念基礎上建立起來的，燃素的分解和吸收，氧與其他物質的結合，雖然沒有直接使用親和力概念，但在當時的思想背景下也不能說與親和力完全無關。因此，從客體上說，組成的物質基礎是元素，組成理論的實質是元素論，是關於元素的學說。19世紀，從原子論建立時開始，揭示了元素的物質內容，原子成了組成和結構的最基本的物質單位。原子的最基本的性質是質量（即原子量）和結合能力（即化合價、化學鍵），基於原子量和化合價的資料，揭示了元素周期律，形成了周期性理論。基於原子和化合價建立了化學結構理論。化合價和化學鍵不過是親和力思想的發展，親和力的具體表現形式，從這個意義上說，19世紀，在結構理論中仍然繼承了親和力的思想；與此同時，在反應理論中，起初也是為了尋求親和力的量度，後來引進了熱力學理論，采用了能量概念，如自由能、化學位等。親和力主要表現為吸引，而能量則主要表現為排斥，吸引依靠它的反麵排斥來量度，正如現代化學中原子之間結合力的強弱用鍵能來量度一樣。無論是結構還是反應，在19世紀，都離不開原子，因此，19世紀的化學理論的實質是原子論。20世紀的化學理論與以往的化學理論的根本區別在於，它已經深入到原子的內部結構。以量子化學為主要內容的現代化學理論，它的理論基礎是量子力學理論，而量子力學理論是關於微觀粒子運動規律的理論。量子化學以薛定諤方程來處理分子，處處涉及原子核外電子運動的規律。現代化學理論，無論是討論結構問題還是討論反應問題，都離不開電子，言必談電子，正如19世紀言必談原子、17、18世紀言必談元素一樣。正是在這個意義上可以說，現代化學理論的實質是電子論。
從元素論到原子論，再從原子論到電子論，反映了化學認識的深入，也反映了化學理論的發展。
第三，化學理論從它形成時開始，就與物理學理論發生了密切聯係。早期的氣體定律和理論，既是化學的也是物理學的。溶液理論在它建立初期，就有化學說和物理說之分，後來發展了溶液的物理化學理論，如電離學說，既與物理學中電學有關，也與化學中離解相聯，勿寧說是物理化學理論。至於前麵提到的化學熱力學、化學動力學、量子化學等，更與物理學理論直接聯係，物理學理論成為化學理論的直接的理論來源和理論基礎。正因如此，化學理論和物理學理論的關係問題，成了引人注意的問題，這是個基本理論問題或者說是個哲學問題，在討論化學理論的時候，不能對這個問題不聞不問。下麵，我們就來討論這個問題。
化學理論和物理學理論
1.歸結論和獨特論
一般地說，人們都承認化學是一門基礎科學，它不僅對認識生物學的、地質學的、天體演化學的、宇宙化學的現象具有基本意義，而且在發展生產、國民經濟和滿足人們的日常需要方麵起著非常基礎性作用。可是，就是這樣一門重要的科學，有人卻要剝奪它擁有理論的權力。沒有理論還成為科學嗎？沒有自己的理論的科學能夠相對獨立地存在嗎？
早在半個多世紀之前，德國哲學家、邏輯經驗主義的重要代表人物賴興巴赫（H·Reichnbach）就曾提出，“我們有理由說，化學是物理學的一部分，就象熱力學或電的學說一樣”。還有人提出，在日常看來是合理的意義上說，物理學和化學之間有明顯的不同，但是若從現代原子物理學和核物理學的水平上討論問題，這樣的區別多半是不存在的，真正說來，在精密科學體係中沒有化學的位置。看來，確實存在著一種觀點，試圖取消化學，或者說把化學歸結為物理學，把化學理論歸結為物理學理論。我們暫且把這種觀點稱為“歸結論”觀點。
在這種“歸結論”的挑戰麵前，一些化學家，特別是實驗化學家，對引用物理學理論解決化學問題的可能性表示懷疑，或者對量子化學理論和計算表示不信任，他們希望在傳統化學理論範圍內進行研究工作，保持化學的獨特性，相對於“歸結論”，我們暫且將這種觀點或思想叫做“獨特論”。
化學發展的事實已經表明，量子化學理論和計算方法，對化學研究具有重要作用，對量子化學理論的輕視和懷疑已逐漸消失了。可是化學理論和物理學理論的關係問題並沒有消失，仍然需要從理論上給予說明。這個問題實際上涉及化學理論的特點問題。那麼，究竟應當如何看待這個問題呢？下麵，我們試圖從本體論、認識論和方法論三種角度對這個問題分別加以說明。
從本體論觀點看問題，在物質結構方麵，化學和物理學研究的物質客體有共同之點。化學研究的對象主要是分子，涉及原子、原子核和核外電子；物理學也研究分子，同時也研究原子、原子核和核外電子。物理學研究的物質結構層次比化學廣泛得多，可以說，物理學研究的，上至宏觀物體、地球和天體，下至基本粒子及更深的層次。在原子核和核外電子、原子、分子、聚集態這幾個層次上，這兩門科學研究的對象是相同的，或者說，這幾個層次的物質共同為這兩門科學所研究。
在相互作用方麵，化學和物理學研究的內容也有相同點。從現代科學來看，自然界中的相互作用分成四類：引力、電磁力、弱力和強力。這四種力或四種相互作用都是物理學研究的內容，化學主要研究電磁相互作用。現代科學，主要是現代物理學的發展，已經否定了特殊的“化學力”的存在，也就是否定了特殊的“化學親和力”的存在。化學親和力在本質上是電磁力或電磁相互作用，從這點上說，化學相互作用實質上是物理相互作用。
有些化學文獻試圖區分物理相互作用和化學相互作用，區分的標準主要有兩條：一條是能量標準，一條是形成什麼樣的體係標準。在這類文獻的作者看來，化學中的相互作用是能夠導致形成分子客體穩定體係的相互作用，其能量不低於20—40千焦耳/摩爾。可是，這樣一來，把氫鍵也排除在化學相互作用之外了。況且，這裏所說的化學相互作用，歸根到底，還是電磁相互作用。
這就是說，無論從物質的層次結構還是從物質之間相互作用的本質來說，化學確實沒有特殊的、根本不同於物理學的東西。在曆史上形成的化學親和力、化合價、化學鍵等概念，能夠較好地解釋化學經驗事實，以這些化學概念為基礎形成了化學理論。如今，現代物理學業已表明，原子之間確實沒有特殊的、根本不同於物理相互作用的化學相互作用，化合價、化學鍵都可以基於電子的運動予以說明，也就是依據量子力學理論作出解釋。這些事實意味著在本體論上，化學沒有特殊的、根本不同於物理學理論的理論，從基礎方麵看，化學理論與物理學理論是相通的，甚至可以說，化學理論可以歸結為物理學理論。
既然如此，化學有沒有自己的理論，化學能不能作為一門相對獨立的科學？要回答這個問題，就需要轉向第二種觀點，即認識論的觀點。
從認識論觀點看問題，對於同一的或相同的對象，可以從不同角度去認識，從而形成不同的理論。或者說，對於同一的或相同的對象，研究的重點不同，形成的理論也會具有不同的特點。
物理學無論是力學、電動力學、統計力學，還是熱力學、量子力學，它們對自己研究對象進行研究時，側重於一般化、抽象化或理想化。例如，力學研究質點，電動力學研究電磁場，統計力學研究係綜，熱力學研究係統，量子力學研究微觀粒子。這裏所說的質點、電磁場、係綜、係統、微觀粒子等，都具有理想化的特征。物理學從這種理想化的對象出發，揭示它們的運動規律，建立一般性方程，並對這些規律、方程進行解釋，從而形成抽象化、數學化、形式化的理論。現代理論物理學中，充滿了符號、公式，幾乎通篇是符號、公式的推演。在一定意義上可以說，現代物理學理論是符號，公式及其推演過程所形成的體係。
化學不同於物理學，化學側重於研究具體的、實際的東西。化學研究的分子，不是抽象化的分子，而是多種多樣的、具體的分子及其結構、性質和化學反應，由此形成的化學理論具有體的內容，具體的形態。反過來說，基於具體的對象所形成的化學理論，要能夠解釋具體的、多種多樣的化學經驗事實。
化學理論和物理學理論的關係，表現為特殊和一般的關係。物理學研究電子、原子、分子的一般運動規律，形成普遍性理論；化學則將這種一般運動規律和普遍性理論與化學研究的具體內容結合起來，把這種普遍性理論應用於化學經驗事實，形成能夠解釋化學經驗事實並適用於化學的理論。這時，物理學中的理論發生“變形”，已經不再是原來形態的物理學理論而成為化學理論了。例如，熱力學理論是研究能量相互轉變所遵循的規律的理論，能量轉變是普遍存在的，因此熱力學理論的應用範圍非常廣泛。將熱力學理論應用於化學，研究化學反應中的能量平衡和化學反應平衡條件，需要在熱力學定律基礎上導出適用於化學問題的函數。例如，內能U是基本函數，它表示了熱力學第一定律的基本內容，本來有內能、功和熱就可以解決問題，但是由於化學過程一般是在恒壓下進行的，因此，在熱力學定律之後還要導出適於恒壓過程的熱函。同樣，熵S是熱力學第二定律的基本函數，它表示了第二定律的全部內容，完全可以解決自動過程進行的方向和限度問題，但是利用熵S判斷恒壓、恒容或恒溫過程很不方便，在熱力學第二定律之後還要導出新的狀態函數：等溫等容位和等溫等壓位。經過將熱力學定律“變形”，導出一些新的函數，使之一步步適用於處理化學反應過程，由此形成了化學熱力學理論。它具有了自己的存在形式和特點，具有了自身的特殊功能，它已經不是原來意義上的熱力學理論，而是化學熱力學理論了。
從本體論和認識論觀點所作的分析中，自然可以引出方法論觀點。從物理學理論到化學理論，也就是將物理學理論推廣到化學領域，解決化學的實際問題，在一定意義上說，這是個演繹過程。然而，這種演繹過程不是形式邏輯所說的那種演繹推理過程，正如剛剛說過的，在演繹中使原來的理論發生了“變形”。反過來說，從化學理論到物理學理論，從方法論上看是還原過程。科學發展的實際情況表明，還原是一種重要方法，要認識一個層次的本質需要深入到下一個更深層次中去。正是在這個意義上，化學研究分子及其變化時，要研究原子的結構和原子中的電子運動規律。但是，還原不是為了還原而還原，不是為了取消被還原的問題或將被還原的問題歸結為還原的問題上去，還原歸根到底是為了說明所要說明的問題。因此，從追溯問題的實質上說，是需要還原的，甚至可以說需要“歸結”，但是就具體內容而言，是不能完全還原，更不能歸結的。
僅僅做了上述說明，似乎還沒有完全解決化學理論和物理學理論的關係問題，因為僅僅從特殊和一般的關係上看，人們總還可以提出這樣的問題：一般包含著特殊，物理學理論包含著化學理論。為了更深入探討這個問題，讓我們轉換個角度，研究一下理論發展的規律，並從這種規律的角度，討論物理學理論和化學理論的關係。
2.理論的深度發展和廣度發展
一般地說，理論的發展有深度和廣度兩個方向，向深度發展叫做深度發展，向廣度擴張叫廣度發展。理論的深度發展是理論的根本變革和深化，是開拓前進道路的發展。在深度發展中，產生新的概念，提出新的思想，揭示新的規律，建立新的基礎。例如，從經典物理學發展到相對論和量子力學，就是理論的深度發展。理論的廣度發展，是新理論向廣度的擴張，是理論應用範圍的擴展。例如，量子力學建立以後向各個領域的推廣、應用，表現為理論的廣度發展。
物理學理論和化學理論之間的關係，表現為理論的深度發展和廣度發展的關係。物理學的深度發展，建立起新理論，開拓出新道路，奠定了新基礎。化學則引用物理學中建立的新理論解釋新事實，形成新理論。在這裏要著重說明的是，理論的廣度發展也是一種發展。發展是產生和消失的統一，發展是生成，廣度發展中也有生成，有新內容的形成。這就是說，在深度發展中形成的新理論，向廣度擴張的過程中，不是理論的簡單外推，包含著新的內容、新的因素的生成。
讓我們簡單考察一下物理學理論向化學領域擴展的具體情形。
熱力學定律的發現和熱力學理論的建立，是理論的深度發展。熱力學理論建立後，一些化學家就試圖將熱力學的研究成果推廣、應用於化學研究領域。最先進行這種嚐試的是德國化學家霍斯特曼（A·F·Horstmann），而作出重大貢獻的是美國物理學家吉布斯。吉布斯指出熵與能量、溫度、壓力和體積一樣，是用來處理熱力學係統的基本概念之一，並將dv、dw、ds三個方程結合起來，統一了第一、二定律，最後得出了A≡U—TS，由於赫姆霍茲獨立地提出了這個狀態函數，後來被稱為赫姆霍茲自由能。吉布斯還導出了另一個狀態函數：
G≡（H—TS）≡U＋PV—TS，後來被稱為吉布斯自由能。吉布斯還從討論單一的化學物質（單組分）體係發展到討論多組分複相體係，引入了化學勢概念，於是將原有的基本方程修改為：
若體係中有a相，則為
在恒溫恒壓下這類體係的平衡條件從dG＝0變為
考慮到所有相關的各化學組分，導出一個簡單公式：
這個公式極大地擴展了熱力學所適用的範圍。
直到19世紀末，熱力學還隻適用於理想體係，或者將一些實際體係近似地作為理想體係來處理，對於多數實際體係來說，這樣處理的結果偏差較大，必須作出各種修正。20世紀初，美國物理化學家路易斯引入逸度和活度概念，使熱力學適用於處理實際體係。
上述情況說明了什麼呢？上述情況說明，將熱力學定律和理論應用於化學領域的過程中，也就是物理學理論向化學領域的滲透的過程中，結合了化學研究的特定內容，使原來的公式發生了變形，並抽提出了新的概念，如化學勢、逸度、活度等等，這樣一步步地擴大了熱力學的適用範圍，一步步地與化學問題密切結合起來，一步步地具有了化學熱力學的理論形態。這個過程就表現為熱力學理論的廣度發展過程，也就是化學熱力學理論的形成過程。