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、表/界面化学与催化、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29人，其中教授、研究员21人，包括中国科学院院士2人（含双聘院士1人），国家“万人计划”科技创新领军人才2人，教育部领军人才3人，国家杰出青年科学基金获得者3人，国家“四青”人才7人次，天津市级青年学术带头人2人，天津市级教学团队1个，天津市教学名师2人；副教授、副研究员7人。

教学方面，本学科一直承担全校《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。

近年来，物理化学学科承担了国家重大基础研究计划“973”项目课题3项、国家科技支撑重大项目课题1项、国家高科技计划“863”项目2项、国家自然科学基金20余项、天津市项目16项。在国内外重要学术刊物发表论文500余篇，申请专利75项，获得授权32项，同时产学研合作项目12项。获得国家自然科学二等奖3项。

数据统计时间截止至2020年12月