Füüsikaline keemik on teadlane, kes uurib füüsikalist keemiat, keemia alavaldkonda, mis keskendub keemiliste nähtuste uurimisele füüsikaseaduste raames. Sellised keemikud kipuvad viima läbi uuringuid, mille eesmärk on avastada keemiliste nähtuste, näiteks reaktsioonide ja energiajaotuse taga olevaid füüsikalisi mehhanisme ja põhjuseid. Füüsikalise keemia meetodeid rakendatakse paljudes erinevates keemiavaldkondades, sealhulgas termodünaamikas, keemilises kineetikas, molekulidevaheliste jõudude ja füüsikaliste omaduste seostes ning elektrijuhtivuses. Füüsiline keemik võib leida tööd erinevates valdkondades, sealhulgas teadusuuringutes, hariduses ja tööstuses. Üldiselt on kõigis neis valdkondades edasijõudmiseks vajalik kõrgharidus.
Füüsikaline keemik saab keemilisi nähtusi uurida kahel erineval, kuid omavahel tihedalt seotud tasemel: makroskoopilisel tasemel, mis keskendub suurte molekulide rühmade esilekerkivatele omadustele, või molekulaarsel tasandil, mis keskendub üksikute molekulide käitumisele. ja kuidas väikesed molekulide rühmad üksteisega suhtlevad. Füüsikalise keemia ühine eesmärk on selgitada seoseid molekulaarsete omaduste ja makroskoopiliste omaduste vahel. Pindpinevus on selle hea näide – näiteks mõned putukad suudavad veepinnal kõndida veemolekulide sidusate omaduste tõttu.
Füüsikaline keemia jaguneb paljudeks erinevateks alamvaldkondadeks, kuid kõige sagedamini uuritakse termodünaamikat, kvantmehaanikat ja keemilist kineetikat. Termodünaamikat uuriv füüsikaline keemik on huvitatud energia liikumisest ja vahetusest keemilistes nähtustes, eriti keemilistes reaktsioonides. Kvantmehaanika hõlmab aatomite ja molekulide struktuuri uurimist ning võib anda ülevaate sellest, miks teatud reaktsioonid nii toimuvad. Füüsikaline keemik, kes on huvitatud keemiliste reaktsioonide kiiruste uurimisest ja manipuleerimisest, uurib tõenäoliselt keemilist kineetikat. On ebatavaline, et üksikisik uurib ainult ühte neist valdkondadest, välistades kõik teised, kuna keemia eri alamvaldkondade vahel on suur kattumine.
Paljud erinevad organisatsioonid palkavad kvalifitseeritud füüsilisi keemikuid. Need spetsialistid võivad leida nii õppe- kui ka teadustööd näiteks ülikoolides või uurimisinstituutides. Tööd on sageli saadaval ka tööstuse füüsikaliste keemikute jaoks, kuna keemilistest protsessidest kasu saavad ettevõtted otsivad pidevalt võimalusi oma protsesside optimeerimiseks. Seda tüüpi teadlasi palkavad ka paljud valitsus- ja sõjalised uurimisasutused. Füüsikaline keemik võib töötada mis tahes erinevat tüüpi projektidega, sealhulgas tõhusa energia, termodünaamiliselt stabiilsete arvutiosade ja tööstuslike keemiliste protsesside kiirendamisega.