الكيمياء الرياضية هي أحد الفروع البحثية التي تدرس تطبيق الرياضيات الحديثة على الكيمياء؛ حيث تهتم الكيمياء الرياضية في المقام الأول بـالنماذج الرياضية للظواهر الكيميائية. ويطلق على الكيمياء الرياضية أحيانًا كيمياء الحاسوب، ولكن يجب ألا نخلط بين هذا المصطلح ومصطلح الكيمياء الحاسوبية.
وتشمل المجالات الرئيسة لأبحاث الكيمياء الرياضية نظرية المخططات الكيميائية، والتي تتناول الطوبولوجيا، مثل الدراسة التزامر الرياضية وتطوير الواصفات الطوبولوجية أو المؤشرات التي يتم تطبيقها في علاقات البنية-التأثير الكم