De fysische organische chemie is een wetenschappelijk gebied dat de relatie tussen de structuur en de reactiviteit van organische verbindingen bestudeert. Zij beweegt zich daarmee op het grensvlak van de fysische chemie en de organische chemie. De fysische organische chemie maakt gebruikt van principes uit de fysische chemie om deze toe te passen op de structuur van organische verbindingen, alsmede tracht zij een theoretisch kader te scheppen om de invloed van de structuur op de reactiviteit van de verbindingen te interpreteren. De term fysische organische chemie werd voor het eerst gebruikt door de Amerikaanse fysisch-scheikundige Louis Plack Hammett in 1940 bij het schrijven van een gelijknamig handboek.[1]
De fysische organische chemie bedient zich van zowel experimentele als theoretische disciplines om aan onderzoek te doen, zoals spectroscopie, spectrometrie, kristallografie, computationele chemie en kwantummechanica. De chemische kinetiek en thermodynamica spelen een belangrijke rol bij dit onderzoeksproces: de relatieve chemische stabiliteit van de startmaterialen, transitietoestanden en reactieproducten is immers van belang. De fysische organische chemie kent toepassingen in de polymeerchemie, supramoleculaire chemie, elektrochemie en fotochemie.