北京大学物理化学研究所成立于2003年，北京大学物理化学学科起源于化学系的物理化学教研室。主要研究包括：功能体系分子工程学；纳米化学；生物物理化学；胶体与界面化学；催化化学；理论与计算化学。

1983年经国家教委批准，由结构化学、胶体化学、应用物理化学和溶液理论四个教研室组建了物理化学研究所。

1987年与中科院化学研究所联合成立分子动态与稳态结构国家重点实验室。

1995年由催化教研室、电化学与光电化学实验室、化学信息学实验室、激光生物物理化学实验室和纳米化学实验室组建了现代物理化学研究中心，后牵头组建了北京大学纳米科学与技术研究中心。

2003年原物理化学研究所和原现代物理化学研究中心重新组合为新的物理化学研究所。依托于北京大学分子动态与稳态国家重点实验室和北京分子科学国家实验室。

现任物理化学研究所所长为刘忠范教授，副所长为来鲁华教授和齐利民教授。

物理化学研究所在老一辈化学家傅鹰、黄子卿、唐有祺院士的开创性工作的基础上，形成了一支以优秀中青年学者为骨干的学术队伍，呈现出朝气蓬勃的快速发展态势。物理化学研究所现有教授13名，副教授（或相当专业技术职务者）11名，讲师2名。其中中科院院士1名，国家杰出青年基金获得者8名，教育部跨（新）世纪优秀人才基金获得者4名。现有教师中博士生导师14名。

目前本研究所45岁以下的青年教师共有20名，占教师总数的74%。

物理化学研究所的主要研究方向包括：

（1）功能体系分子工程学；

（2）纳米化学；

（3）生物物理化学；

（4）胶体与界面化学；

（5）催化化学；

（6）理论与计算化学。

国家自然科学基金重大和重点项目14项，创新研究群体项目1项，杰出青年基金8项，面上项目44项，教育部创新团队项目1项，新世纪优秀人才计划项目2项；其他纵向、横向研究课题15项。承担各类项目总经费约8700万元（含跨2001年度项目、在研项目以及2007年获批项目）。 2001年以来（截至2007年8月），物理化学研究所在国内外各种学术刊物上发表论文817篇，其中影响因子6.0以上论文38篇；影响因子3.0以上论文280篇，占论文总数34%。申请中国发明专利27项，获得授权专利14项。获得多项国家级、省部级和专业协会的科研奖励，其中新型高效气体分离吸附剂相关成果获2005、2006年度教育部提名国家科学技术奖发明奖一等奖、2006年国家发明奖二等奖，并入选2005年度高等学校十大科技进展。