Zależnościami, na które chemia fizyczna stara się znaleźć odpowiedzi są między innymi: Siły międzycząsteczkowe, które wpływają na właściwości fizyczne materiałów (plastyczność, wytrzymałość na rozciąganie, napięcie powierzchniowe w cieczach); Kinetyka reakcji i szybkość reakcji, Tożsamość jonów i przewodność elektryczna materiałów, Chemia powierzchni i elektrochemia membran, Oddziaływanie jednego ciała na drugie w zakresie ilości ciepła i pracy (termodynamika), Transfer ciepła pomiędzy układem chemicznym a jego otoczeniem podczas zmiany fazy lub reakcji chemicznej mającej miejsce (termochemia), Badanie własności koligatywnych rodzajów cząstek znajdujących się w roztworze, Liczba faz, liczba składowych i stopni swobody (lub wariancji) może być związana z inną fazą (reguła faz), Reakcje ogniw elektrochemicznych.
Uzyskane przez chemię fizyczną reguły, wzajemne powiązania oraz ich ilościowe przedstawienia stanowią bazę chemicznej analizy instrumentalnej (aparaturowej), metod laboratoryjnych oraz chemii stosowanej – technologii i inżynierii chemicznej.