Mekanika kuantum
Mekanika kuantum, termasuk teori medan kuantum, adalah cabang dasar fisika yang menggantikan mekanika klasik pada tataran sistem atom dan subatom. Sistem yang mengikuti mekanika kuantum ini dapat berada dalam superposisi kuantum pada keadaan yang berbeda, tidak seperti pada fisika klasik. Ilmu ini memberikan kerangka matematika untuk berbagai cabang fisika dan kimia, termasuk fisika atom, fisika molekular, kimia komputasi, kimia kuantum, fisika partikel, dan fisika nuklir. Mekanika kuantum adalah bagian dari teori medan kuantum dan fisika kuantum umumnya, yang, bersama relativitas umum, merupakan salah satu pilar fisika modern. Dasar dari mekanika kuantum adalah bahwa energi itu tidak kontinyu, tetapi diskrit—berupa 'paket' atau 'kuanta'. Konsep ini cukup revolusioner, karena bertentangan dengan fisika klasik yang berasumsi bahwa energi itu berkesinambungan.
Kimia organik fisik
Kimia kuantum juga dapat memberikan wawasan tentang mekanisme transformasi organik tanpa pengumpulan data eksperimen apapun. Karena fungsi gelombang memberikan energi total dari keadaan molekul tertentu, geometri molekuler yang dapat diperkirakan dapat dioptimalkan untuk memberi struktur molekul santai yang sangat mirip dengan yang ditemukan melalui metode eksperimental. Koordinat reaksi kemudian dapat disimulasikan, dan struktur keadaan transisi dipecahkan. Memecahkan permukaan energi yang lengkap untuk reaksi tertentu oleh karena itu dimungkinkan, dan perhitungan tersebut telah diterapkan pada banyak masalah dalam kimia organik dimana data kinetik tidak tersedia atau sulit diperoleh.