Entre sus áreas de estudio más importantes se incluyen la termodinámica química, la cinética química, la electroquímica, la mecánica estadística y la espectroscopia. Usualmente se la asocia también con la química cuántica y la química teórica.

Química industrial: Estudia los métodos de producción de reactivos químicos en cantidades elevadas, de la manera económicamente más beneficiosa. En la actualidad también intenta aunar sus intereses iniciales, con un bajo daño al medio ambiente.

Química analítica: estudia los métodos de detección (identificación) y cuantificación (determinación) de una sustancia en una muestra. Se subdivide en Cuantitativa y Cualitativa.

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La diferencia entre la química orgánica y la química biológica es que en la química biológica las moléculas de ADN tienen una historia y, por ende, en su estructura nos hablan de su historia, del pasado en el que se han constituido, mientras que una molécula orgánica, creada hoy, es solo testigo de su presente, sin pasado y
sin evolución histórica. 

Además existen múltiples subdisciplinas que, por ser demasiado específicas o bien multidisciplinares, se estudian individualmente:

Astroquímica es la ciencia que se ocupa del estudio de la composición química de los astros y el material difuso encontrado en el espacio interestelar, normalmente concentrado en grandes nubes moleculares.
Electroquímica es una rama de la química que estudia la transformación entre la energía eléctrica y la energía química.
Fotoquímica, una subdisciplina de la química, es el estudio de las interacciones entre átomos, moléculas pequeñas, y la luz (o radiación electromagnética).
Magnetoquímica es la rama de la química que se dedica a la síntesis y el estudio de las sustancias de propiedades magnéticas interesantes.
Nanoquímica (relacionada con la nanotecnología).
Petroquímica es lo perteneciente o relativo a la industria que utiliza el petróleo o el gas natural como materias primas para la obtención de productos químicos.
Geoquímica: estudia todas las transformaciones de los minerales existentes en la tierra.

Química computacional es una rama de la química que utiliza computadores para ayudar a resolver problemas químicos. Utiliza los resultados de la química teórica, incorporados en algún software para calcular las estructuras y las propiedades de moléculas y cuerpos sólidos. Mientras sus resultados normalmente complementan la información obtenida en experimentos químicos, pueden, en algunos casos, predecir fenómenos químicos no observados a la fecha.
Química cuántica es una rama de la química teórica en donde se aplica la mecánica cuántica y la teoría cuántica de campos.
Química macromolecular: estudia la preparación, caracterización, propiedades y aplicaciones de las macromoléculas o polímeros.
Química medioambiental: estudia la influencia de todos los componentes químicos que hay en la tierra, tanto en su forma natural como antropogénica.
Química nuclear o física nuclear es una rama de la física que estudia las propiedades y el comportamiento de los núcleos atómicos.
Química organometálica se encarga del estudio de los compuestos organometálicos, que son aquellos compuestos químicos que poseen un enlace entre un átomo de carbono y un átomo metálico, de su síntesis y de su reactividad.
Química supramolecular es la rama de la química que estudia las interacciones supramoleculares, esto es, entre moléculas.

Química teórica incluye el uso de la matemática y física para explicar o predecir fenómenos químicos.
Química toxicológica: estudia la toxicidad de sustancias químicas naturales o artificiales sobre el medioambiente y el ecosistema, incluido el ser humano, a corto y largo plazo.