物理化学学科主要有四个相对稳定的研究方向：室温离子液体化学与催化、界面与胶体化学、计算化学、分子工程学。
1.室温离子液体化学与催化：主要进行室温离子液体的种类、物理化学性质、制备方法；室温离子液体催化体系的构筑以及室温离子液体作为“绿色”溶剂或催化剂以及某些催化剂的“液体载体”在催化反应中发挥独特作用的研究。
2.界面与胶体化学：室温离子液体的乳化及应用；室温离子液体电化学性质以及作为锂离子二次电池电解液的性质，如电化学窗口、导电性、与电池负极形成SEI膜的研究等。
3.计算化学：由于计算技术的发展，分子体系中原子运动的细节可以在计算机上用物理原理模拟出来。运用计算与理论化学的方法来探讨化学反应过程。通过网络将数十台微机联结起来做并行计算，拥有专门用于分子模拟的高效能计算设备。具体研究包括：氨基酸离子液体新型极化电荷模型的建立；作为溶化作用基本模型的离子簇；新型锂离子二次电池电解液等。
4.分子工程学：配位基元固体材料的合成与性质研究等。
目前依托本学科建设有辽宁省创新团队一个。近三年来本学科发表高水平学术论文60余篇，主持国家、省级科研项目10余项。