Fizikālā ķīmija - interešu sfēra, kurā ir fizikas un ķīmijas apvienojums, fizikālo apstākļu ietekme uz ķīmiskiem procesiem, kā arī ķīmisko procesu fizikālās izpausmes. Šajā ķīmijas zinātnē lielā mērā ir integrēta matemātika. Fizikālās ķīmijas katedrā katru gadu tiek izstrādāti zinātniskie pētījumi un publikācijas. Kopš 2011. gada publicēti 95 zinātniskie raksti. Lai veiksmīgi apgūtu fizikālo ķīmiju, jābūt priekšzināšanām analītiskajā ķīmijā, kā arī nepieciešamas labas zināšanas matemātikā. 

Fizikālās ķīmijas katedrā izveidotas un ievērojami attīstītas divas laboratorijas – rentgenmetožu laboratorija un hromatogrāfijas laboratorija, kurās tiek pētītas farmaceitiski aktīvās vielas, nanomateriāli, tiek veikti pētījumi arī par Latvijas mālu jaunām pielietošanas iespējām tautsaimniecībā. Laboratorijas darbos studenti apgūst eksperimentu tehniku, elektroķīmisko mērījumu metodes, iemācās noteikt koloidālo šķīdumu raksturlielumus un apgūt jonu līdzsvaru aprēķinu metodes.