研究光與物質相互作用所引起的永久性化學效（xiào）應的化學分支被稱為光（guāng）化學，限定於時間技術方（fāng）麵的原因，光化學所涉及（jí）的光的波長一般在100--1000納米，由紫外至近紅外波段。

比紫外波長更短的電（diàn）磁輻射，如 X或（huò） γ射線所引起的光電離和有關化學變化（huà），則屬於輻射（shè）化學的範疇。至於遠紅外或波長更長的電磁波，一般認為（wéi）其光子能（néng）量不足以引起光化學過程，因此（cǐ）不屬於光化學的研究範疇。近年來觀（guān）察到有些化學反應可以（yǐ）由高功率的紅外激光所引（yǐn）發，但將（jiāng）其（qí）歸屬於（yú）紅（hóng）外激光化學（xué）的（de）範疇。

光化學反應過程是地球上最普遍、量重要的過程之一，綠色植物（wù）的光（guāng）合作用，動物的視覺，塗料與高分子材料的光致變性，以及照相、光刻、有（yǒu）機化學反應的光催化（huà）等，無不與光化學過程有關。近年來得到廣泛重視的同位素與相（xiàng）似元素的光致分離、光控功能體係（xì）的合成與應用等，更體現了光化學是一個極活躍的領域。但（dàn）從理論與實驗（yàn）技（jì）術方麵來看，在化學各領域中，光化學還很不成熟。

光化學反應與一（yī）般熱化學（xué）反應相（xiàng）比有許多不同之處，主要（yào）表現在：加熱使分（fèn）子活化時，體係中分子能量的分布服從玻耳茲曼分（fèn）布；而分子受到光激活時，原則上（shàng）可以做到選擇性激發，體係中分（fèn）子能量的分布屬於非平衡分布。所以光化學反應的途徑與產物（wù）往往和基態熱化學反應不同，隻要光的波長（zhǎng）適當，能為（wéi）物質所吸收，即使在很低的溫度下，光化學（xué）反應仍然可以進行。

光化學的初級過程是分子吸收（shōu）光子使電子（zǐ）激發，分子由基態提（tí）升到激發態。分子中的電（diàn）子狀態、振動與轉動狀態都是（shì）量子化的（de），即相鄰（lín）狀態間的能量變（biàn）化是不連續的。因此分子激發時（shí）的（de）初（chū）始狀態與（yǔ）終止狀態不同時，所要求的光子能量也是不同的（de），而且（qiě）要求二者的能量值盡可能匹（pǐ）配。

由於分子在一般條件下處於能量較（jiào）低的穩定狀態，稱作基態。受到光照射後，如果分子能夠吸收電磁（cí）輻射，就可以提升到能量較高的狀態（tài），稱（chēng）作激發態。如果分子可以吸收不同（tóng）波長的電（diàn）磁輻射，就可（kě）以達到不同的（de）激發（fā）態。按其（qí）能量的高低，從基（jī）態往上依次稱做第一激發態、第二激發態等等（děng）；而把高於第一激發態（tài）的所有激發（fā）態統稱（chēng）為高激發態。

激（jī）發態分（fèn）子的壽命（mìng）一般較短，而且激發態越高，其壽命越短，以致於來不及發生化學（xué）反應，所以光化學主要與低激發（fā）態有關。激發時分子所吸收的電磁輻射能有兩條主要（yào）的耗散途徑：一是和光化學反應的熱（rè）效應合並；二是通過光物理過程轉變成其他形式的能量。

光物理過程可分為輻射弛豫過（guò）程和非輻射弛豫過程。輻射弛豫過程是指將全部或部分多餘的能量（liàng）以輻射能的形式耗散掉，分子（zǐ）回到基態（tài）的過程，如發（fā）射熒光或磷光；非輻射弛豫過程（chéng）是（shì）指多餘的能量全部以熱的形式耗散掉，分子回到基態（tài）的過程。

決定一個光化學反應的真正途徑往往需（xū）要建（jiàn）立（lì）若幹個對應於不同機理的假想模型，找出（chū）各模型體係與濃度、光強（qiáng）及其他有關參量間的動力學方程，然後考（kǎo）察（chá）何（hé）者與實驗結果的相符合程度最高，以決定哪一個是最（zuì）可能的反應途徑。

光化學（xué）研究反應機理的常用實驗方法，除示蹤原子標記法外，在光化學中最早采用的猝滅法（fǎ）仍是非常有效的一種方法。這種方（fāng）法是通過被激發分子所發熒光，被其他分子猝滅（miè）的動力學測定來研究光化學（xué）反應機理（lǐ）的。它可以用來（lái）測定分子處於電子激發態時的酸性、分子雙聚化（huà）的反應速率和能量（liàng）的長程（chéng）傳遞速率（lǜ）。

由於吸收給定波長的光子往往是（shì）分子中某個基團的性質，所以光化學提供了使分子中（zhōng）某特定（dìng）位置發生反應（yīng）的最佳手段（duàn），對於那些熱化學反應缺乏選擇性或反應物可能被破（pò）壞的體係更為可貴。光化學反應的另一特點是用光子為試劑，一旦被反應物吸收後（hòu），不會在體係中留（liú）下其他新的雜質，因而可以看成是“最純”的試劑。如（rú）果將反應物固（gù）定在固（gù）體（tǐ）格子中，光（guāng）化學（xué）合成可以在預期的構象（xiàng）(或構型)下發生，這往往是熱化學反應難以做到的。

地（dì）球與行星（xīng）的大氣現象，如大氣構成、極光、輻射（shè）屏蔽和氣候等，均和大氣的化學組成與（yǔ）對它的輻照情（qíng）況有關。地球的大氣在地表上主要由氮氣與（yǔ）氧（yǎng）氣組成。但高空處大氣的原子（zǐ）與分（fèn）子組成卻很不相同，主（zhǔ）要和吸收太（tài）陽（yáng）輻射後的光化學反（fǎn）應有關。

在大氣汙染的過程中（zhōng）包含的十分豐富（fù）的化（huà）學過程，用來描述這些過程的（de）綜合模型包含著許許多多的光化學過程，如（rú）氟碳化物在高空大氣中的光解與臭氧屏蔽層變化的關係，如棕色二氧化氮在日照下激（jī）發成的高能（néng）態分（fèn）子，是氧（yǎng）與碳氫化物鏈反應的引發劑等（děng），都是以（yǐ）光化學為基礎的。