量子化学采用了量子力学的基本原理，研究原子、分子等目标体系的电子结构、能量、分子间的相互作用、化学反应等理论的学科。量子化学计算的核心是求解薛定谔 (Schrödinger)方程，从而获取体系的分子轨道能级、能量等信息。这些信息为判断分子间相互作用的活性位点、预测化学反应产物、设计新型药物和材料等，提供了可靠的理论依据，同时还可为实验研究指明可行性方向。

常见的理论方法包括：价键（valence bond, VB）理论、分子轨道（molecular orbital, MO）理论如半经验分子轨道理论、从头算方法、密度泛函理论等。近年来，量子化学计算在环境化学领域的应用，使人们对环境中有机污染物的迁移转化、归趋等有了更加深入的认识，推动了科学的发展。