Fizykochemik to naukowiec, który bada chemię fizyczną, poddziedzinę chemii, która koncentruje się na badaniu zjawisk chemicznych w ramach praw fizycznych. Tacy chemicy prowadzą badania mające na celu poznanie mechanizmów fizycznych i przyczyn zjawisk chemicznych, takich jak reakcje i rozkład energii. Metody chemii fizycznej są stosowane w wielu różnych dziedzinach chemii, w tym w termodynamice, kinetyce chemicznej, związku między siłami międzycząsteczkowymi a właściwościami fizycznymi oraz przewodnością elektryczną. Fizykochemik może znaleźć pracę w różnych dziedzinach, w tym w badaniach, edukacji i przemyśle. Ogólnie rzecz biorąc, zaawansowany stopień naukowy jest niezbędny do awansu w którymkolwiek z tych obszarów.
Istnieją dwa różne, ale ściśle powiązane poziomy, na których fizykochemik może badać zjawiska chemiczne: na poziomie makroskopowym, który koncentruje się na pojawiających się właściwościach dużych grup cząsteczek, lub na poziomie molekularnym, który koncentruje się na zachowaniu poszczególnych cząsteczek i jak małe grupy cząsteczek oddziałują ze sobą. Wspólnym celem chemii fizycznej jest wyjaśnienie zależności między właściwościami molekularnymi a właściwościami makroskopowymi. Dobrym tego przykładem jest napięcie powierzchniowe — na przykład niektóre owady są w stanie chodzić po powierzchni wody ze względu na kohezyjne właściwości cząsteczek wody.
Chemia fizyczna jest podzielona na wiele różnych poddziedzin, ale najczęściej badane są termodynamika, mechanika kwantowa i kinetyka chemiczna. Fizykochemik badający termodynamikę interesuje się ruchem i wymianą energii w zjawiskach chemicznych, zwłaszcza reakcjach chemicznych. Mechanika kwantowa obejmuje badanie struktury atomów i cząsteczek i może dostarczyć wglądu w to, dlaczego pewne reakcje zachodzą tak, jak zachodzą. Fizykochemik zainteresowany badaniem i manipulowaniem szybkościami reakcji chemicznych prawdopodobnie będzie badał kinetykę chemiczną. Niezwykłe jest, aby osoba badała tylko jeden z tych obszarów, z wyłączeniem wszystkich innych, ponieważ różne poddziedziny chemii w dużym stopniu się pokrywają.
Wiele różnych organizacji zatrudnia wykwalifikowanych fizyków. Specjaliści ci mogą znaleźć zarówno pracę dydaktyczną, jak i badawczą na przykład na uniwersytetach lub w instytutach badawczych. Praca jest również często dostępna dla fizyków chemików w przemyśle, ponieważ firmy czerpiące zyski z procesów chemicznych nieustannie poszukują sposobów na optymalizację swoich procesów. Wiele rządowych i wojskowych instytucji badawczych również zatrudnia tego typu naukowców. Fizykochemik może pracować nad różnymi rodzajami projektów, w tym nad wydajną energią, termodynamicznie stabilnymi częściami komputerowymi i przyspieszaniem przemysłowych procesów chemicznych.