Начало учению о растворах было положено Д. И. Менделеевым и Д. П. Коноваловым и развито Н. С. Курнаковым, И. А. Каблуковым, В. А. Кистяковским и др. Работами Н. С. Курнакова и его школы развиты представления о сингулярных точках на диаграммах состав — свойство и введено представление о растворах как однофазных системах переменного состава. Физическая картина взаимодействия между ионами и средой систематически изучалась В. К. Семенченко, А. И. Бродским, Н. А. Измайловым, О. Я. Самойловым, А. Ф. Капустинским, К. Б. Яцимирским. Исследован механизм образования водородных связей в растворах, процессы комплексообразования. Открыты (1950) два типа ионной гидратации. Изучены явления полного и незавершённого переходов протона при кислотно-основном взаимодействии, и создана единая теория кислотно-основного титрования в неводных растворах. С. А. Щукарев исследовал (1940) периодичность свойств соединений в растворах. М. И. Усановичем и А. И. Шатенштейном развита (1930—40) одна из наиболее общих теорий кислот и оснований.
Исследования в области кристаллохимии позволили выявить критерии состава упорядоченной системы (Г. Б. Бокий), установить ряд основных закономерностей образования силикатных структур (Н. В. Белов). Органическая кристаллохимия развивается в работах А. И. Китайгородского.
Я. К. Сыркиным и М. Е. Дяткиной были начаты и успешно продолжаются их учениками работы по квантовой химии (расчёт энергий и свойств ряда веществ, исследование характера связей в кристаллах и т.д.). Развита наиболее совершенная теория ароматических p-комплексов. И. Б. Берсукер разработал (1974) новый метод расчёта электронного строения и свойств молекулярных систем, содержащих тяжёлые атомы. Изучена и описана эволюция представлений об основных законах химии и важнейших химических понятий (Б. М. Кедров и др.).
Неорганическая химия. Работы в этой области были направлены на создание научных основ получения металлических сплавов и других практически важных материалов, освоение солевых ресурсов страны и, в частности, создание технологических схем переработки галургического сырья. Изучение реакций в твёрдых растворах послужило основой создания металлохимии (Н. С. Курнаков, Г. Г. Уразов, И. Н. Лепешков, Н. В. Агеев, Г. И. Чуфаров, И. И. Корнилов, Е. М. Савицкий и др.). Работы по химии и технологии вольфрама и молибдена (Т. М. Сербии, Г. А. Меерсон, В. И. Спицын) завершились организацией производства вольфрамовой и молибденовой проволоки. Разработан метод получения металлического бериллия и его соединений (В. И. Спицын), изучены химические свойства и диаграммы плавкости бериллиевых систем (А. В. Новоселова и сотрудники). Разработаны методы получения оксидов, гидридов, нитридов, карбидов, боридов, силицидов металлов и их растворов друг в друге. На этой основе созданы материалы, обладающие особой твёрдостью и жаропрочностью и др. Предложены способы низкотемпературного синтеза оксонитридов, оксоборидов, оксофосфидов переходных металлов (Ю. А. Буслаев).
Весьма плодотворными были исследования в области комплексных соединений. В 1920-х гг. Л. А. Чугаевым синтезированы предсказанные теорией пентаминовые соединения четырёхвалентной платины. Разработаны методы получения всех шести металлов платиновой группы в чистом состоянии. Исследования, ранее успешно проводившиеся Чугаевым, продолжены московской (И. И. Черняев) и ленинградской (А. А. Гринберг) школами. Основные достижения первой школы — разработка теории трансвлияния и развитие химии платины, родия, иридия, урана и трансурановых элементов, второй — создание основ стереохимии палладия и разработка теории кислотно-основных свойств комплексных соединений. Изучен важный класс комплексных веществ — гетерополисоединения молибдена, вольфрама, ниобия и других элементов (А. Л. Давидов, К. А. Бабко, З. Ф. Шахова, В. И. Спицын). Центральным направлением химии комплексных соединений стали исследования взаимного влияния лигандов.
Предложена квантовохимическая интерпретация трансвлияния (А. В. Аблов, И. Б. Берсукер). Раскрыт кинетический эффект во взаимной влиянии лигандов и каналов его передачи в комплексах (К. Б. Яцимирский). Разработаны фторидные процессы аффинажа урансодержащих веществ, предложены новые области применения и методы выделения и очистки редких металлов (И. В. Тананаев, Б. Н. Ласкорин).
Интенсивно развивались работы (с 1940-х гг.) в области химии полупроводников (Н. П. Сажин, Д. А. Петров, И. П. Алимарин, А. В. Новоселова, Я. И. Герасимов и др.). Решены задачи глубокой очистки германия, кремния, селена, теллура. Синтезированы и изучены соединения типа AIIIBV (нитриды, фосфиды, арсениды), AIIBVI (сульфиды и селениды), AIVBVI (халькогениды) и др. Установлены критерии, позволяющие предсказывать наличие полупроводниковых свойств у многих соединений, внедрены методы производства полупроводниковых материалов. Созданы способы производства материалов для лазеров, ведётся поиск новых материалов для хемолазеров и лазеров на основе жидких стеклообразных сред.
Достигнуты существенные результаты в области радиохимии. В 1921 под руководством В. Г. Хлопина и И. Я. Башилова был получен первый в СССР препарат радия; позже были выполнены важные исследования радиоактивных элементов (Б. А. Никитин, А. П. Ратнер, И. Е. Старик и др.). Открыт закон распределения микрокомпонентов между твёрдыми и жидкими фазами, используемый для выделения радиоактивных элементов (В. Г. Хлопин). Разработаны способы обнаружения крайне нестойких молекулярных соединений, в том числе соединений радона. Широко изучена химия плутония, нептуния, америция, кюрия и других трансурановых элементов (В. М. Вдовенко, Б. П. Никольский, В. В. Фомин и др.). Впервые (1967) синтезированы соединения семивалентного нептуния и плутония (Н. Н. Крот, А. Д. Гельман), двухвалентного калифорния, эйнштейния и фермия, одновалентного менделевия (В. И. Спицын, Н. Б. Михеев и сотрудники, 1971). Изучено распределение радиоактивных компонентов в расплавах, на границе двух жидких фаз и на твёрдых адсорбентах. Создан ряд методов получения радиоактивных изотопов и меченых соединений, а также применения их для исследования технически используемых материалов (Ан. Н. Несмеянов). Важные результаты получены в области химии и химической технологии стабильных изотопов лёгких элементов (Н. М. Жаворонков). Синтезированы новые элементы №№ 104—106, предложены пути выделения элементов 106 и 107 (Г. Н. Флёров). Проведён радиохимический анализ космогенных изотопов в лунном реголите, всесторонне изучен лунный грунт, доставленный автоматическими станциями «Луна».
Начатые ещё в 20-х гг. работы по изучению естественных соляных богатств страны получили дальнейшее развитие, создана мощная химическая индустрия по производству соды, кислот и щелочей, минеральных удобрений. С. И. Вольфковичем с сотрудниками разработано (1930-е гг.) производство соды и сульфата аммония на основе природного мирабилита. Созданы научные основы переработки фосфоритов и апатитов в фосфор, фосфорные кислоты и удобрения (с 1936 — Э.. В. Брицке, С. И. Вольфкович и др.). Разработаны способы многотоннажного производства разнообразных важных продуктов на основе калийно-магниевых месторождений Соликамска, соляных залежей Поволжья, Приуралья, Средней Азии, Украины и Белоруссии. Систематические работы в области химии силикатов (Н. Б. Белов, П. П. Будников и др.) послужили основанием для создания промышленности многих строит. материалов. Ведутся работы по математическому моделированию химических реакторов, позволяющие создать эффективные агрегаты большой единичной мощности для химических, нефтехимической и нефтеперерабатывающей промышленности (Г. К. Боресков, М. Г. Слинько и др.).
Аналитическая химия. Предложены и применены новые методы анализа, например дробный и капельный (1922, Н. А. Тананаев), бесстружковый для анализа металлов, кинетический анализ с использованием каталитических реакций (1958—60, К. Б. Яцимирский), ультрамикроанализ (1959—60, И. П. Алимарин). С 1946—49 развёрнуты работы по совершенствованию и внедрению методов хроматографического анализа (А. В. Киселев, К. В. Чмутов, А. А. Жуховицкий). Получили развитие оптические, электрохимические и радиохимические методы анализа. Впервые использован нейтронный радиоактивационный анализ следов примесей в полупроводниковых элементах. В связи с решением проблем геохимии, биогеохимии, а также космохимии большой вклад в развитие современных методов анализа следов элементов и изучение изотопного состава элементов в минералах и метеоритах внесён А. П. Виноградовым. Особенностью работ школы советских аналитиков является изучение проблем, связанных с применением органических реактивов (Л. М. Кульберг, И. М. Коренман, А. П. Терентьев, В. И. Кузнецов, 1946—50).