Ķīmiskās fizikas metožu izmantošana ķīmisku procesu aprakstam ļāva labāk saprast un strukturēt eksperimentāli iegūtos datus ķīmijā un skaidrot novērotās ķīmisko procesu likumsakarības, kā arī veicināja teorētisko un eksperimentālo fizikas metožu attīstību ķīmisku procesu pētīšanai. Mūsdienās ķīmiskā fizika tiek izmantota arī bioloģisku procesu aprakstam.
Atomu un molekulu struktūras pētniecībā ķīmiskā fizika balstās uz mehāniku, elektromagnētisko teoriju, kvantu mehāniku. Lai aprakstītu sistēmas ar lielu daļiņu skaitu, piemēram, gāzes, šķidrumus, cietvielas, skaidrojot to ķīmiskās un fizikālās īpašības no pirmajiem principiem, balstoties (ab initio) uz fizikālo teoriju pamatpieņēmumiem, ķīmiskajā fizikā izmanto termodinamiku un statistisko fiziku.