Hóa học lượng tử, còn gọi là hóa lượng tử, là một ngành khoa học ứng dụng cơ học lượng tử để giải quyết các vấn đề của hóa học. Các ứng dụng có thể là miêu tả tính chất điện của các nguyên tử và phân tử liên quan đến các phản ứng hóa học giữa chúng. Hóa lượng tử nằm ở ranh giới giữa hóa học và vật lý do nhiều nhà khoa học thuộc hai lĩnh vực này phát triển.
Mặc dù cơ sở toán học của hóa lượng tử là phương trình Schrödinger, nhưng đa số mọi người chấp nhận rằng tính toán chính xác đầu tiên trong hóa lượng tử là do hai nhà khoa họcngười Đức là Walter Heitler và Fritz London tiến hành đối với phân tử hydro (H2) vào năm 1927. Phương pháp của Heitler và London được nhà hóa họcngười Mỹ là John C. Slater và Linus Pauling phát triển và trở thành phương pháp liên kết hóa trị (còn gọi là phương pháp Heitler-London-Slater-Pauling). Trong phương pháp này, người ta quan tâm đến các tương tác cặp giữa các nguyên tử và do đó, có liên hệ mật thiết với hiểu biết của các nhà hóa học cổ điển về liên kết hóa học giữa các nguyên tử.
Một phương pháp khác được Friedrich Hund và Robert S. Mulliken phát triển, trong đó, các điện tử được miêu tả bằng các hàm sóng bất định xứ trên toàn bộ phân tử. Phương pháp Hund-Mulliken còn được gọi là phương pháp quỹ đạo phân tử khó hình dung đối với các nhà hóa học nhưng lại hiệu quả hơn trong việc tiên đoán các tính chất so với phương pháp liên kết hóa trị. Phương pháp này chỉ được dễ hình dung khi có sự giúp đỡ của máy tính vào những năm gần đây.
