Kvanttikemia on fysikaalisen kemian ala, jossa käytetään kvanttimekaniikkaa kemian ongelmien tarkasteluun. Atomien elektronien ja molekyylien käyttäytymistä ja reaktioita mallinnetaan matemaattisesti fysiikan ja matematiikan antamin keinoin. Kvanttikemia on läheistä sukua teoreettiselle fysiikalle.
Kun esimerkiksi molekyylien ominaisuuksia tutkitaan tietokonelaskuilla, ei kenties ole ollenkaan tarpeellista valmistaa itse molekyyliä kokeellisesti. Kvanttikemia ja molekyylimallintaminen ovat nykyisen kemiantutkimuksen perustyökaluja.