理论数学专业是研究物质的基本结构和基本运动规律的一门学科，它既是数学学的理论基础，又与数学学乃至自然科学其它领域好多重大基础和前沿研究密切相关。理论化学学通过为现实世界构建物理模型来企图理解所有化学现象的运行机制。通过"数学理论"来条理化、解释、预言化学现象。
1.粒子化学理论
具体包括强子化学(如粲偶素化学、自旋化学、格点规范等)、标准模型和超出标准模型的新数学(如CP破坏、辐射修正、超对称的量子效应等)等。该方向研究集体是国家自然科学基金捐助的全省惟一一个理论化学方面的"创新研究群体"。
2.原子核理论
具体包括如原子核内的夸克
自由度、极端条件下的核结构、原子核的代数模型及微观基础、原子核的集体运动模式及其相变、超重核的结构及合成反应、核天体化学、相对论性重离子碰撞、强互相作用物质的成份、形态、相及相变等。
3.场论和宇宙学
包括如弦理论、共形场论、非对易几何、宇宙甚初期演变及宇宙结构等。
4.汇聚态理论和统计数学
包括介观体系输运性质和强关联系统统计模型、高温超导理论、强电磁场等极端条件下汇聚态物质的性质等。
5.估算化学及其应用
包括多粒子系统的研究方式、对称性理论和技巧、模拟估算方式等。
6.估算流体热学
估算流体热学(Fluid，CFD)是一门发展迅速的学科。估算流体热学出现于20世纪60年代理论物理系就业方向，经过几六年的发展，早已成为流体科学领域中与理论流体热学和实验流体热学鼎足而立的重要学科。估算流体热学作为大规模科学估算学科群的一员，将在21世纪继续得到迅速发展。估算流体热学是一门交叉性很强的学科。它的理论基础是理论流体热学和估算物理，主要是用离散化的数值方式及电子计算机对流体无粘绕流和黏性流动进行数值模拟和剖析的学科。它的应用遍布所有与流动现象有关的学科及工业领域。在动力工程和流体机械等领域有重大的应用。
7.估算汇聚态化学
汇聚态化学学是从微观角度出发，研究由大量粒子(原子、分子、离子、电子)组成的汇聚态的结构、动力学过程及其与宏观化学性质之间的联系的一门学科。估算汇聚态化学是用第一性原理、蒙特卡罗方式、分子动力学、密度泛函理论等方式，对低维汇聚态化学、自旋电子学、纳米材料、固体量子信息等进行估算研究。因为汇聚态化学的基础性研究常常与实际的技术应用有着紧密的联系，汇聚态化学学的成果是一系列新技术、新材料和新元件，在现今世界的高新科技领域起着关键性的不可取代的作用。近些年来汇聚态化学学的研究成果、研究方式和技术日渐向相邻学科渗透、扩展，有力的推动了例如物理、物理、生物化学和月球化学等交叉学科的发展。
8.生物化学学
生物化学学是生命科学和数学学的交叉所产生的一门新的学科，是当前最富活力的研究领域之一。生物化学学应用化学学的概念、技术和技巧研究生物各层次结构与功能的关系，生命活动的化学、物理物理过程，和物质在生命活动过程中表现的化学特点，它从基本的物质结构和互相作用出发，在原子分子水平上揭示种种复杂的生命现象的运动规律和机理。生物化学学除了在了解自然现象的基础研究上有重大的意义，并且在医学、药物学、农业、仿生工业等方面有着重要的应用，与诸多的人类生活息息相关。我们的研究集中于结构生物化学学。主要研究方向有蛋白质结构预测、生物分子分类、分子对接和分子功能预测等。
9.引力与相对论天体化学
该方向是本学科传统的、有特色和优势的方向，有着常年的研究工作积累和深厚的基础，尤其重视基础理论和基本问题的研究，在广义相对论、黑洞化学、量子引力、高维引力、宇宙学、中子星与密物质化学等广泛领域做出了大量有意义的研究成果，在国外外形成了积极的影响，与国际同行有良好的学术交流关系。
10.统计数学与非线性科学
该方向既重视非线性动力学的理论研究，又旨在于理论与实验、应用的结合。非常在随机共振和时空混沌及其控制的研究方面取得了一系列成果，发表了多篇具有开创性的处于国际领先水平的学术论文，遭到国际学术界同行的广泛关注，成果多次获国家和教育部奖励。
11.极端条件下新物质和形态的研究
在非线性、尘埃与激光等离子体中的非线性相干结构，向湍流转变的现象和机制、原子核偏析与裂变动力学、建立描述重离子碰撞机制和原子核多重崩裂的理论模型研究以及粒子化学强互相作用中手征对称性自发破缺等国际前沿方向上做了一系列创新的工作。据悉理论物理系就业方向，在弹道反常扩散、激光等离子体尾波、纳原子团簇研究以及重夸克化学等研究方面也作出了一些有影响的工作。