結構化學所闡述的是物質的微觀結構以及宏觀性能之間的相互關係，科學上將它定義為：結構化學是在原子、分子水平上研究物質分子構型與組成的相互關係，以及結構和各種運動的相互影響的化學分支學科。
結構化學又是一門實驗科學，它是直接應用多種近代實驗手段對分子靜態、動態結構和靜態、動態性能進行測定。
結構化學的主要研究內容包括：
它要從各種已知化學物質的分子構型和運動特征中，總結出物質結構中所體現的各種規律。
還要從理論上對物質的結構進行解釋，如為什麼原子會結合成為分子，原子是按照怎樣的規律，以一定的量的關係結合成為數目眾多的、形形色色的分子，以及在分子中原子相互結合的各種作用力方式和分子中原子相對位置的立體化學特征。
結構化學還要說明某種元素的原子或基團在不同的微觀化學環境中的各種結構特征，如價態、電子組態、配位特點等。
在結構化學的定義中，我們可以看到，除了研究物質的微觀結構外，結構化學還要闡明物質的各種宏觀化學性能和各種宏觀非化學性能與微觀結構之間的關係及其規律性。而做出這種研究的方法，即在這個基礎上不斷地運用已知的規律性，設法合成出具有更新穎、結構特點更不尋常的新物質，然後在化學鍵理論和實驗化學相結合的過程中創立出新的結構化學理論。與此同時，還應該建立新的闡明物質微觀結構的物理和化學的實驗方法。
為了能夠更好地認識化學物質，結構化學與其他的化學分支一樣，一般都是從宏觀到微觀、從靜態到動態、從定性到定量等，按各種層次來更精確地認識客觀的化學物質。
結構化學在研究的過程中采用的基本思維方法是演繹和歸納。