南开大学物理化学学科可追溯至1921年化学系成立后开设的热力学热化学和胶体化学课程。1947年，朱剑寒来到南开大学任教，一人承担全部物理化学课程，为物理化学学科的发展奠定了基础。1952年，物理化学教研室成立。学科秉承邱宗岳、杨石先、朱剑寒和陈荣悌等老一辈科学家严谨治学的作风，经过几代人的不懈努力，在化学热力学、动力学、催化化学、结构化学、电化学等领域贡献良多。

1978年催化研究室成立，1983年结构化学教研室成立，1997年催化研究室更名为新催化材料科学研究所，2002年理论与计算化学研究中心成立。物理化学学科从1982年起招收博士研究生，是国家第一批获博士学位授权点的学科。1986年设立了博士后流动站。1993年成为首批天津市重点学科。2007年建设高效储能教育部工程研究中心。2009年建设先进能源材料化学教育部重点实验室。目前在理论与计算化学、超分子物理化学、催化与表界面化学、光电化学与能源材料等领域的研究上已经形成了自己鲜明的特色。

物理化学学科现有教学科研人员33人，其中教授、研究员21人，包括国家杰出青年科学基金获得者4人、国家“万人计划”科技创新领军人才1人、国家“四青”人才12人次、天津市教学名师2人、天津市级教学团队1个；副教授、副研究员10人，讲师2人。、

教学方面，物理化学学科一直承担全校《物理化学》、《结构化学》、《物理化学实验》等本科生专业必修课的教学任务。2004年“物理化学课程建设”获天津市教学成果二等奖，2007年实验教学《物理化学实验》被评为天津市精品课程，2008年《物理化学》课程被评为天津市精品课程。2009年《结构化学》课程被评为国家级精品课程，2013年通过教育部审核，入选“建议入选国家级精品资源共享课立项项目的课程名单”。2013年“基于现代技术的《结构化学》精品课程的建设与实践”获天津市教学成果一等奖。2013年“物理化学系列课程教学团队”入选天津市级教学团队。2017年《结构化学》被评为国家级精品资源共享课程。2020年《结构化学》入选教育部首批国家级一流本科课程。2021年《物理化学》入选“天津市一流本科课程”。此外，物理化学系列教材分别于2007和2012年入选国家级“十一五”和“十二五”规划教材，《物理化学》第六版教材2021年被评为天津市高校课程思政优秀教材。

科研方面，近五年来，物理化学学科承担了国家重点研发计划项目/课题2项，国家自然科学基金重大集成项目1项、重点项目3项、重大国际合作项目3项、杰出青年科学基金项目4项、（海外）优秀青年科学基金6项、面上项目20余项。在国内外重要学术刊物发表论文500余篇，申请专利50余项，获得授权30余项；获省部级以上科技奖励5项，其中“分子筛限域吸附与催化”项目和“超分子空间限域组装及功能”项目分别获2024年度天津市自然科学特等奖和一等奖。

产学研方面，物理化学学科面向国家重大需求和国民经济主战场，充分发挥学科科研优势，瞄准重大技术难题开展高水平应用基础研究与应用研究。近五年先后承担产学研合作项目25项（其中千万级3项）。其中，“合成氯乙烯金基无汞催化剂及低碳高效工艺”项目不仅在催化剂活性、选择性、寿命和经济性等方面满足工业化应用的要求，同时在全流程践行绿色环保及低碳发展理念，对氯碱行业汞削减、替换及未来健康可持续发展提出了有效解决方案；“绿色生物航油催化剂关键技术研发及产业化”项目于2023年再次融资1.0亿元，并入住天开高教科创园，目前正在规划和建设生物航油万吨级示范生产装置以及千吨级生物航油催化剂生产线，后续将进行油品台架实验、评定试航、为工业化推广奠定基础；“南开大学—建龙微纳碳捕获与低碳吸附分离多孔材料产学研用联合实验室”于2022年初正式启动，推进企业与学科在碳捕获与低碳吸附分离材料领域的全面技术合作；“丙烯氧气直接环氧化制环氧丙烷技术开发”项目与滨化集团合作，并于2023年成立了“南开-滨化工业催化联合研发中心”，积极推进相关催化剂与催化工艺的中试与产业化建设。

数据统计时间截止至2025年7月