作為一門學科，化學也有著自己的一些基本問題，主要有以下幾種：
反應過程與控製。化學的核心就是化學反應，在化學的體係中，研究的方向已經逐漸轉向複雜體係的化學動力學、非穩態粒子的動力學、超快的物化過程的實時探測和調控以及極端條件下的物理化學過程。而向生命物質學習，對生命過程中的各個化學反應和相關調控機製進行係統的研究，在當前正成為研究反應控製的重要途徑。
合成化學。合成化學是未來化學發展的主要方向，而21世紀的合成化學的發展將會更加具有高效率和高選擇性，不過未來合成化學所研究的焦點依然在與對新方法、新反應以及新試劑的研究。另外，手性合成與技術也將越來越受到人們的關注。
基於能量轉換的化學反應。雖然太陽能的光電轉換早已運用到衛星，但在光電轉換上，仍然沒有形成一定的規模，不過大規模、大功率的光電轉換素材的化學研究已經逐漸形成。化學中對太陽能光解水產生氫燃料的研究具有很重要的意義。如果細致了解燃燒的原理機製，不僅能推動化學的不斷進步，也是充分利用自然資源的基礎。
新反應途徑與綠色化學。我國現階段的化學研究，使低汙染或無汙染的產品得到很大的重視，並對其進行了研發，提出在反應過程講究“綠色化”。因此，無需置疑，這種“綠色化學”將是21世紀化學方麵的一個巨大的變化。
設計反應。製造特定性能物質或者材料的最有效方法就是綜合結構研究、分子設計、合成、性能研究的成果以及相關計算機技術，而且關於分子團簇，原子、分子聚集體的研究，我國科學家已經進行了很多年。目前這些研究改變過去單一的方法與現代的計算機技術、生物、醫學等學科相結合，獲得了多角度、多層次的研究成果。
納米化學與單分子化學。如果從化學或物理學的角度來觀察，納米級的微粒具有很不尋常的性能，因為在它的表麵原子或分子所占的比例很大。因此，對納米微粒的光學、電學、催化性質以及特殊的量子效應的研究也得到了相當的重視。關於納米化學的研究進展將對納米材料的研究與應用起著很大的促進作用。
複雜體係的組成、結構與功能間關係研究。21世紀的化學雖然說研究內容主要體現在研究分子的成鍵和斷鍵，即研究離子鍵和共價鍵那樣的強相互作用力上，但除此之外，化學還對複雜體係中的弱相互作用力，如氫鍵、範德華力等等進行研究，而且顯得非常重要。
物質的表征、鑒定與測試方法。在化學中，物質的表征、鑒定以及測試方法很重要，不管是在研究反應、設計合成、研究生命過程，還是在工業過程控製、商品檢驗等方麵，都離不開對物質的分析、表征、測試、組成與含量測定等。發展和建立適用於原子、分子、分子聚集體等不同層次的表征、鑒定與測定方法，尤其是恒量物質的測定方法，是化學發展的一個重要因素，也將成為製約化學發展的一大因素。