Skaitļošanas ķīmija izmanto matemātiku un datorus, lai atrisinātu ķīmiskās problēmas. Izmantojot datoru programmatūru, ķīmiķi var simulēt eksperimentu rezultātus un atrast vielu īpašības. Skaitļojošās ķīmijas joma palīdz izpētīt lietas, kuras citādi būtu grūti vai dārgi atrast molekulu, atomu un nanodaļiņu niecīgās dabas dēļ. Liela daļa lauka ir balstīta uz Šrēdingera vienādojumu, kas modelē atomus un molekulas, izmantojot matemātiku. Ab initio, daļēji empīriskā un molekulārā mehānika ir skaitļošanas ķīmijas metodes, ko bieži izmanto, lai analizētu molekulārās struktūras.
Skaitļošanas ķīmijas process sākas, aplūkojot teoriju, piemēram, elektroniskās struktūras teoriju. Tas palīdz noteikt elektronu kustību molekulā. Šajā brīdī, izmantojot matemātiskos vienādojumus, pamatojoties uz aprēķiniem, var noteikt bāzes kopu. Šo informāciju var ievadīt datora programmatūrā, lai aprakstītu tādas lietas kā viļņu funkcija, ko var izmantot, lai izveidotu molekulas citu fizisko īpašību modeļus. Ķīmiķi var redzēt molekulas orbitāļu modeli, sākt paredzēt eksperimentālās struktūras un aplūkot molekulas enerģiju.
Izmantojot ab initio, ķīmiķi var aplūkot vielas fizikālās īpašības un izmantot Šrēdingera vienādojumu, lai noskaidrotu molekulu fizikālās īpašības. Tas ietver tādas lietas kā molekulu ģeometrija, dipola moments un reakcijas enerģija. Vibrācijas frekvences, reakcijas ātrumu un brīvo enerģiju var atrast arī, izmantojot ab initio. Tā kā šīs fizikālās īpašības ir ārkārtīgi grūti atrisināt, skaitļošanas ķīmiķiem tās ir pietiekami jāvienkāršo, lai fizikālās īpašības varētu atrast un joprojām būtu precīzas.
Molekulārā mehānika ir skaitļošanas ķīmijas metode, ko izmanto bioķīmijas eksperimentos un lietojumos. Šo metodi var izmantot lielākām struktūrām, piemēram, fermentiem, un tā ir balstīta uz tradicionālo fiziku, taču tā nevar aprēķināt vielu elektroniskās īpašības. Aprēķinu ķīmijas joma nepārtraukti mainās, jo tehnoloģija attīstās un tiek izstrādātas jaunas teorijas.
Šīs metodes ļauj ķīmiķiem pārbaudīt struktūras, kuras citādi būtu gandrīz neiespējami aplūkot to ārkārtīgi mazā izmēra dēļ. Nanodaļiņas, kas ir mazākas par atomiem, var modelēt izmantošanai tādās lietojumprogrammās kā elektronika, sprāgstvielas un medicīna. Tā kā liela daļa skaitļošanas ķīmijas ir balstīta uz zināmu īpašību modelēšanu, šajos eksperimentos ir iespēja kļūdīties. Tāpēc, lai strādātu skaitļošanas ķīmijā, ir nepieciešama padziļināta apmācība un zināšanas ķīmijā un pētniecībā.