作为一门学科，化学也有着自己的一些基本问题，主要有以下几种：
反应过程与控制。化学的核心就是化学反应，在化学的体系中，研究的方向已经逐渐转向复杂体系的化学动力学、非稳态粒子的动力学、超快的物化过程的实时探测和调控以及极端条件下的物理化学过程。而向生命物质学习，对生命过程中的各个化学反应和相关调控机制进行系统的研究，在当前正成为研究反应控制的重要途径。
合成化学。合成化学是未来化学发展的主要方向，而21世纪的合成化学的发展将会更加具有高效率和高选择性，不过未来合成化学所研究的焦点依然在与对新方法、新反应以及新试剂的研究。另外，手性合成与技术也将越来越受到人们的关注。
基于能量转换的化学反应。虽然太阳能的光电转换早已运用到卫星，但在光电转换上，仍然没有形成一定的规模，不过大规模、大功率的光电转换素材的化学研究已经逐渐形成。化学中对太阳能光解水产生氢燃料的研究具有很重要的意义。如果细致了解燃烧的原理机制，不仅能推动化学的不断进步，也是充分利用自然资源的基础。
新反应途径与绿色化学。我国现阶段的化学研究，使低污染或无污染的产品得到很大的重视，并对其进行了研发，提出在反应过程讲究“绿色化”。因此，无需置疑，这种“绿色化学”将是21世纪化学方面的一个巨大的变化。
设计反应。制造特定性能物质或者材料的最有效方法就是综合结构研究、分子设计、合成、性能研究的成果以及相关计算机技术，而且关于分子团簇，原子、分子聚集体的研究，我国科学家已经进行了很多年。目前这些研究改变过去单一的方法与现代的计算机技术、生物、医学等学科相结合，获得了多角度、多层次的研究成果。
纳米化学与单分子化学。如果从化学或物理学的角度来观察，纳米级的微粒具有很不寻常的性能，因为在它的表面原子或分子所占的比例很大。因此，对纳米微粒的光学、电学、催化性质以及特殊的量子效应的研究也得到了相当的重视。关于纳米化学的研究进展将对纳米材料的研究与应用起着很大的促进作用。
复杂体系的组成、结构与功能间关系研究。21世纪的化学虽然说研究内容主要体现在研究分子的成键和断键，即研究离子键和共价键那样的强相互作用力上，但除此之外，化学还对复杂体系中的弱相互作用力，如氢键、范德华力等等进行研究，而且显得非常重要。
物质的表征、鉴定与测试方法。在化学中，物质的表征、鉴定以及测试方法很重要，不管是在研究反应、设计合成、研究生命过程，还是在工业过程控制、商品检验等方面，都离不开对物质的分析、表征、测试、组成与含量测定等。发展和建立适用于原子、分子、分子聚集体等不同层次的表征、鉴定与测定方法，尤其是恒量物质的测定方法，是化学发展的一个重要因素，也将成为制约化学发展的一大因素。