通常与理论化学，物理化学，和化学物理的研究方向有交叠。这两个领域主要关注的内容是和电子结构改变的动态过程。一般来讲人们通常使用量子力学来研究这些过程。在分子物理学的领域，这些方法也通常被称为量子化学。分子物理学中一个很重要的方法是，将原子物理学中原子轨道理论延伸为分子轨道理论。分子物理学通常关注分子中的原子过程，同时也关注不同分子结构带来的影响。除了原子中存在电子的激发态，分子也存在不同的转动或振动激发态。这些转动或振动过程也是量子化的，它们存在分立的能级。不同的转动量子态中存在的最小的能量