Galvenie pētniecības virzieni ir augstā temperatūrā eksistējošo gāzu molekulu, jonu un cietu vielu raksturošana – to molekulārās formulas un struktūras, enerģijas līmeņi, termodinamiskās īpašības un ķīmisko saišu īpatnības, reakcijas ātrumu parametru noteikšana, kā arī jaunu materiālu sintēzes metožu un tehnoloģiju izstrāde augstas enerģijas ražošanai, konversijai un uzglabāšanai.

Augstā temperatūrā iespējams realizēt ķīmiskas reakcijas, kas citkārt nav iespējamas. Līdz ar to augsttemperatūras nozarei ir praktiska nozīme jaunu ķīmiskās sintēzes metožu un materiālu izstrādē. Augsttemperatūras ķīmijas izmantojumi ietver materiālu virsmas apstrādi, plazmas metalurģiju, pārklājumu veidošanu, keramiku, stiklu, nanostrukturētu materiālu ražošanu, degvielas konversiju un ūdeņraža ražošanu, atkritumu pārstrādi. Augsttemperatūras ķīmisko procesu pētījumi palīdz izstrādāt efektīvākās enerģijas ieguves sistēmas, izstrādāt ķīmiskos parametrus liesmas slāpētāju materiāliem. Augstu temperatūru izmanto kā reakcijas paātrināšanas un tehnoloģisko procesu intensificēšanas līdzekli, tādēļ rūpnieciski augstās temperatūrās realizē endotermiskas reakcijas: molekulu termisko disociāciju un destrukciju, metālu un citu savienojumu reducēšanu un jaunu materiālu sintēzi. Augsttemperatūras ķīmijas teorētiskā nozīme saistās ar ģeoloģisko un kosmoloģisko procesu izpratnes palielināšanu.

Augsttemperatūras ķīmija ir ķīmijas apakšnozare. Pēc iesaistīto vielu grupām augsttemperatūras ķīmiju iedala, piemēram, ogļūdeņražu, metālu, keramiku augsttemperatūras ķīmijā; pēc notiekošajiem procesiem – augsttemperatūras sintēzes, pārklājumu veidošanas, virsmu apstrādes augsttemperatūru ķīmijā. Kā atsevišķu apakšnozari izdala plazmas ķīmiju, kas pēta ķīmiskos procesus, vielai esot plazmas agregātstāvoklī. Balstoties uz iesaistīto savienojumu veidiem un novērotajām reakcijām, augsttemperatūras ķīmijā nosacīti izdala trīs pētāmos temperatūras reģionus: līdz 10 000K, 10 000–50 000K un virs 50 000K. Pirmajā temperatūras reģionā parasti novēro kompleksas molekulas, divatomu molekulas, atomus un atsevišķus jonus; nākamajā temperatūras reģionā viela eksistē pamatā jonu formā; savukārt temperatūrā virs 50 000K daļiņu enerģijas sadalījums vairs nepakļaujas klasiskajam Bolcmaņa sadalījumam.

Augsttemperatūras ķīmijā liela nozīme ir ķīmiskās kinētikas teorijām. Paaugstinoties temperatūrai, ķīmisko reakciju ātrums palielinās. Eksperimentāli noteikts, ka, paaugstinoties temperatūrai par 10^oC, reakcijas ātrums pieaug divas vai vairāk reizes (van’t Hofa likums). Aktīvo sadursmju teorija nosaka, ka reaģē tikai tādas molekulas, kuru enerģija ir lielāka par kādu noteiktu līmeni, ko sauc par aktivācijas enerģiju. Šīs teorijas pamatā ir Arēniusa vienādojums, kas raksturo ķīmisku reakciju ātruma atkarību no temperatūras (skatīt vienādojumu 1. attēlā),

kur k – reakcijas ātruma konstante, A – pirmseksponenciālā konstante, E_a – aktivācijas enerģija, R – universālā gāzu konstante, T – temperatūra.

No Arēniusa izstrādātās sadursmju teorijas attīstījusies pārejas stāvokļa teorija (Transition State Theory; saukta arī paraktīvā kompleksa teoriju un absolūtā reakcijas ātruma teoriju). Pārejas stāvokļa teorija balstās uz uzskatu, ka reakcijas laikā veidojas aktīvs (pārejas) komplekss. Teorijas mērķis ir pirmseksponenciālo konstantes un aktivācijas enerģijas aprēķins, neizmantojot empīriskus lielumus. Pārejas stāvokļa teorijas pamatā ir Eiringa vienādojums (skatīt vienādojumu 2. attēlā),

kur k_B – Bolcmaņa konstante, T – temperatūra, H – Planka konstante, DG – aktivācijas Gibsa enerģija un R – universālā gāzu konstante.

Augstā temperatūrā lielā koncentrācijā eksistē atomi un molekulas ierosinātā stāvoklī, kā rezultātā iespējama ķīmisku reakciju norise, kas nav raksturīga atomiem un molekulām pamatstāvoklī (piemēram, acetilēna sintēze no metāna plazmā, kas tiek izmantota industrijā). Temperatūras paaugstināšana palielina arī vielu difūziju, tādējādi paātrinot no difūzijas atkarīgus procesus. Galvenie pētniecības virzieni ir augstā temperatūrā eksistējošo gāzu molekulu, jonu un cietu vielu raksturošana – to molekulārās formulas un struktūras, enerģijas līmeņi, termodinamiskās īpašībās un ķīmisko saišu īpatnības, reakcijas ātrumu parametru noteikšana, kā arī jaunu materiālu sintēzes metožu un tehnoloģiju izstrāde augstas enerģijas ražošanai, konversijai un uzglabāšanai.

Eksperimentālās metodes augsttemperatūras ķīmisko procesu pētījumos ir masspektrometrija, optiskā un infrasarkanā spektroskopija, kalorimetrija (levitācijas kalorimetrija ļoti augstām temperatūrām), kā arī elektroķīmiskās metodes. Augstas temperatūras iegūšanai izmanto specializētas krāsnis, autoklāvus, savukārt plazmu iegūst plazmas ģeneratoros.

Par augsttemperatūras procesu apgūšanas pirmsākumu var uzskatīt uguns atklāšanu, jo augsttemperatūras ķīmija novēro liesmā notiekošās ķīmiskās reakcijas. Augstas temperatūras ķīmisko reakciju pielietojums materiālu ieguvē sākās līdz ar keramiku izstrādes sākumu (ap 25. gadu tūkstoti p. m. ē.). Kā zinātnes nozare augsttemperatūras ķīmija aizsākās 20. gs. 40. gados līdz ar tehnoloģiju attīstību, kas ļāva iegūt augstas temperatūras un reģistrēt tajās esošus savienojumus. Nozares attīstību veicināja arī nepieciešamība pēc termiski izturīgu materiālu izstrādes kosmosa tehnoloģijās un kodoltehnoloģijās.

Mūsdienās būtiska nozīme ir plazmā notiekošu procesu izpētei un izmantošanai. Notiek pētījumi par iespējām jaunu materiālu sintēzē, plānu, funkcionālu pārklājumu veidošanā un virsmu apstrādē (plazmas kodināšana, jonu implantācija u. c.), kā arī analītisku metožu izstrādē, kas balstās uz plazmas – vielas mijiedarbību.

Sadarbībā ar Orleānas Universitāti (Université d'Orléans) Francijā tiek veikti pētījumi par materiāliem ekstremālos apstākļos: augstā temperatūrā un apstarojumā (Conditions Extrêmes et Matériaux: Haute Température et Irradiation). Jūlihas Zinātniskā centra Materiālu un enerģijas sistēmu institūts (Institut für Werkstoffstruktur und -eigenschaften, Forschungszentrum Jülich) Jūlihā, Vācijā, specializējies augsttemperatūras korozijas pētījumos, enerģētikas materiālu termoķīmijā, kā arī augsttemperatūras materiālu izstrādē. Makgila Universitātes (McGill University) Ķīmiskās inženierijas departaments (Department of Chemical Engineering) Monreālā, Kanādā, specializējies plazmas izmantojuma pētījumos.

Svarīgākie periodiskie izdevumi: International Journal of Self-Propagating High-Temperature Synthesis (kopš 2007. gada, Springer Verlag), High Temperature Material Processes: An International Quarterly of High-Technology Plasma Processes (kopš 1997. gada, Begell House).

19. gs. beigās nīderlandiešu ķīmiķis Jakobs van’t Hofs (Jacobus Henricus van 't Hoff, Jr.) un zviedru fiziķis un ķīmiķis Svante Arrēniuss (Svante August Arrhenius) lika pamatus ķīmiskajai kinētikai, atklājot temperatūras nozīmi ķīmisko reakciju procesos. 20. gs. amerikāņu teorētiskais ķīmiķis Henrijs Eirings (Henry Eyring) izstrādāja pārejas stāvokļa teoriju, kas sniedz ieskatu temperatūras ietekmei uz reakciju ātrumu molekulārā līmenī (1935); viņš arī Eilera vienādojuma autors. Amerikāņu ķīmiķi Leo Breveru (Leo Brewer) uzskata par augsttemperatūras ķīmijas pamatlicēju. L. Brevers pētījis augsttemperatūras procesu termodinamiku un materiālzinātni, zinātnisko darbību uzsācis, pētot augstas temperatūras ietekmi uz plutoniju (Pu) Manhetenas projekta (Manhattan Project) ietvaros.