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数学学是研究物质运动最通常规律和物质基本结构的学科。作为自然科学的带头学科，化学学研究大至宇宙天体物理学专业，小至基本粒子等一切物质最基本的运动方式和规律，因而成为其他各自然科学学科的研究基础。它的理论结构充分地运用物理作为自己的工作语言，以实验作为检验理论正确性的唯一标准，它是现今最精密的一门自然科学学科。
化学学是人们对无生命自然界中物质的转变的知识作出规律性的总结。这些运动和转变应有两种。一是初期人们通过感官视觉的延展，二是近代人们通过发明创造供观察检测用的科学仪器，实验得出的结果，间接认识物质内部组成构建在的基础上。
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化学学的主要研究领域分为：
1、凝聚态化学
研究物质宏观性质，这种物相内包含极大数量的组元，且班委间互相作用极强。最熟悉的汇聚态相是固体和液体，它们由原子间的键和电磁力所产生。
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2、原子，分子和光学化学
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研究原子规格或几个原子结构范围内，物质-物质和光-物质的互相作用。这三个领域是密切相关的。由于它们使用类似的方式和有关的能量标度。
3、高能/粒子化学
粒子化学研究物质和能量的基本组元及它们间的互相作用；也可称为高能化学。由于许多基本粒子在自然界不存在，只在粒子加速器中与其它粒子高能碰撞下才出现。据基本粒子的互相作用标准模型描述，有12种已知物质的基本粒子模型（夸克和轻粒子）。
4、天体化学
天体化学和天文学是数学的理论和技巧用到研究星系的结构和演化，太阳系的起源天体物理学专业，以及宇宙的相关问题。由于天体化学的范围宽。它用了化学的许多原理。包括热学，电磁学，统计热学，热力学和量子热学。1931年卡尔发觉了天体发出的无线电讯号。