理論化学(りろんかがく、英語:theoretical chemistry)とは、理論的モデルや数式を元に、既知の実験事実を説明したり、未知の物質の性質などを予言したりする演繹的なアプローチを行う化学の方法論である[1][2][3][4]。この方法論に基づいて研究を行なう研究者は理論化学者と呼ばれる。
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これに対して、多数の実験事実からその背後にある普遍的な理論を導くアプローチを行う化学の方法論は実験化学という。[5][6][7][8]