研究化學體系在凝聚態中的物理化學行徑及其反應的分支學科。凝聚態也稱凝聚相，包括固態（相）、液態(相)、液晶中間態和介於液氣之間轉折的臨界態。凝聚態化學為固體化學、材料科學、生物化學、地球化學提供重要資訊。
固態物質在高壓下，由於增強瞭鄰接原子間軌道的重疊，而使軌道能級、電子狀態以及各種光、電、磁等性質產生變異。例如，多種元素和幾十種化合物在加壓下能由絕緣體轉化為導體。有機超導體在6～18千巴壓力下呈現超導性；鐵在加壓下產產生鐵磁性與抗磁性之間的轉變；螺吡喃和聯蒽酮化合物在加壓下有光致變色和熱致變色的轉變；以乙二胺為配體的配位化合物因加壓產生電子轉移，從而具有新的化學活性；壓力對稀土化合物的激光效率也能施加影響。上述效應的發現推動瞭配位場理論、配位化學的發展。
從液氫到熔融的矽酸鹽，都屬於液態。對液態物質結構的研究的難度很高。所用的實驗技術有 X射線衍射、中子衍射、核磁共振、激光喇曼光譜、弛豫方法等。非線性激光光譜可在皮秒級時標水平上，提供溶質在溶劑中運動情況的信息，可用於研究液體中碘原子結合成碘分子，1，2－苯乙烯構象轉化，氮、苯等溶劑與溶質分子間的能量傳遞。利用現代計算技術，已實現瞭熱力學數據的預測；建立瞭電極表面離子溶液結構模型和水與蛋白質水溶液分子動態學的理論模擬研究。引入時間相關函數，對液態的動態理論研究有重要作用，可據以進行分子在溶液中的輸運速度、能量弛豫和化學反應速率的計算。
地球化學現象往往涉及復雜的多相凝聚體系。現代高溫、高壓技術的發展已有可能進行接近地球核心的模擬研究，探索元素（如碳）的“地球化學循環”。對化石有機分子穩定性、構象和分解反應的研究，可更多地瞭解煤、石油等有機沉積物的起源和組分，對如何利用已有的礦藏和勘探新的化石燃料也有重要意義。研究隕石可提供有關太陽系和銀河的起源、演化與組成的信息，許多元素的同位素產生異常現象，顯示瞭隕石母體的形成、演化和毀滅等階段的變化，在某些隕石中發現有機化合物，則提供瞭存在生命前身化合物、星際分子和彗星物質的線索。