La chimica organica fisica è quella branca della chimica che si interessa dei rapporti tra struttura e reattività dei composti organici.[1] Può essere considerata lo studio della chimica organica usando strumenti e concetti propri della chimica fisica, quali equilibrio chimico, cinetica chimica, termochimica e chimica quantistica. Il termine chimica organica fisica è comunemente attribuito[2] a Louis Hammett, che lo usò nel titolo di un libro nel 1940.[3]
I due principali temi della chimica organica fisica sono struttura e reattività:
Struttura e reattività sono coinvolte anche nello studio degli intermedi di reazione, cioè delle specie che compaiono nei meccanismi di reazione. Tra i tipi più interessanti di intermedi vi sono carbocationi, carbanioni, radicali liberi e carbeni. In genere questi intermedi non vengono isolati, ma la loro presenza è dedotta da evidenze stereochimiche, o con metodi spettroscopici, o anche con trappole chimiche. In alcuni casi si riesce ad isolare queste specie chimiche usando temperature molto basse (criochimica) o tramite isolamento in matrice. Si possono anche creare particolari derivati che sono stabilizzati sfruttando caratteristiche chimiche come la risonanza, come nel caso del radicale trifenilmetile.