如果说近代化学时期，化学家还只是借助于初等数学的工具，通过对反应的始态和终态的定量研究，探讨物质的组成、结构和性质。那么，到了19世纪末和20世纪初，由于热力学理论引入了化学，化学家开始应用高等数学工具，使研究从对静态的化学结构与组成的分析拓展到对化学变化的机理和过程的追索。本世纪20年代，量子力学方法在化学中的广泛应用，使化学家能从微观的角度描述分子中电子的运动状态，从而进一步阐明化学键的本质，预测分子稳定性和反应活性。由于现代物理学和数学的实验手段、计算方法向化学的广泛渗透，使化学的研究发生了由宏观到微观、从静态到动态、从定性到定量、从平衡态到非平衡态、从简单体系到复杂系统的转变。现代化学研究三大前沿——反应过程、催化机制和化学生物学的形成和进展表明，化学正在向数学化、理论化的方向迈进。从化学的实验部分和理论部分的关系方面看，现代化学与近代化学的差别是相当明显的。近代化学时期，化学家是在大量实验的基础上归纳出经验定律，再在这些定律指导下进行新的实验研究。在这两个环节中，理论对实验的能动指导作用还比较微弱，实验归纳法在化学研究中占主要地位。现代化学的发展，尤其是化学热力学和量子化学两大演绎体系的建立以及量子统计力学对二者的综合，预示着化学演绎体系正在形成，意味着化学实验和化学理论在更高水平上的结合。