應用物理化學原理和方法研究冶金過程的學科。是20世紀20年代中期起逐步發展起來的。
冶金過程 包括濕法冶金、火法冶金和電冶金過程。電冶金過程既包括水溶液電解，又包括高溫下的熔鹽電解及電弧電熱冶煉（如電弧爐煉鋼）等過程。一般來講，冶金過程是極其複雜的多相反應，含有氣–液–固三態，而且其中液、固態經常以兩個或更多的相出現。
冶金過程物理化學的學科內容包括冶金過程熱力學、冶金過程動力學及冶金熔體三部分，研究對象為從礦石和再循環物料到金屬或其化合物產品的全部冶金過程。
冶金過程熱力學 研究冶金過程中的化學反應（簡稱冶金反應）的兩方面問題：①反應能否進行，即反應的可行性和方向性。②反應進行達到平衡的條件及該條件下反應產物能得到的最大產出率。
冶金反應是錯綜復雜的，原因是：①礦石中有價金屬和大量雜質（脈石）共同存在。用選礦法精選後的精礦仍含有一定量的雜質。②礦石如含有多種有用金屬，對每一種金屬應盡可能分別提取，予以綜合利用。③冶煉過程中所用的燃料、熔劑及耐火材料中某些元素也參加反應。這裡有的反應希望進行，有的反應不希望進行；有的反應希望提前進行，有的盡可能推遲進行；某一時期希望進行某一反應，而另一時期又希望進行另一反應；有時某些反應本來在當時條件下是不能進行的，而力圖創造熱力學條件使它變為可能進行；等等。
吉佈斯自由能 化學反應的吉佈斯自由能變量ΔG是判斷反應在等溫等壓條件下能否發生的依據。改變溫度、活度、壓力及添加劑等條件可以改變冶金反應的吉佈斯自由能變量，而使反應按所希望的方向進行。通過反應的標準吉佈斯自由能變量ΔG°可以計算反應的平衡常數，因而在給定某些反應物質的組成時，可計算指定產物的最大產出率。參加冶金反應的物質經常以溶液形式出現，進行吉佈斯自由能變量計算及熱力學分析時，溶液中組分的濃度必須換以活度。20世紀40年代以來，不少冶金熱力學工作者從事高溫冶金體系的熱力學性質（如焓變量ΔH、熵變量ΔS、活度及活度系數等）的測定，發展瞭一套測定及實驗研究方法，積累瞭相當多的數據，已形成較完整的系統。
冶金過程動力學 研究冶金反應的速率及機理，找出提高或控制反應速率的途徑。冶金過程熱力學提供冶金反應能否自發進行的條件，它是必要的、最根本的條件，但不是全面的、充分的條件。這是因為有些反應在熱力學上是可行的，但進行速率太慢，難以在一定時間內完成。因此，必須研究反應的動力學條件，采取相應措施，例如提高溫度、擴大參加反應物質的接觸面。熱力學隻根據物質體系的始態及終態對反應能否進行作出判斷，但一個反應在進行過程中往往有許多步驟，即所謂元反應，其反應速率不同，研究這些元反應並求出反應速率最慢的一步即控制環節，稱為反應機理的研究。從分子動理論觀點研究反應速率及機理稱為微觀動力學，即通常物理化學中的化學動力學的研究范圍。冶金反應大多屬於高溫多相反應，伴隨著熱量、質量和動量的傳輸現象。把化學反應速率結合傳輸現象來分析研究，以判斷其總速率和機理稱為宏觀動力學。
冶金熔體研究 研究金屬液、熔渣、熔鹽及熔锍（包括黃渣）等冶金熔體體系的相平衡、性質和結構，以及熔渣與金屬液，熔鹽與金屬液，或熔渣與熔锍間的相互作用。研究內容屬於物質結構的有X射線衍射圖，化學鍵的類型及比例等；屬於物理性質的，有表面（或界面）張力、黏度、密度、蒸氣壓和金屬雜質或氣體在熔體中的溶解度等；屬於電化學性質的，有電導率、遷移數及電動勢等；屬於熱力學性質的，有焓、熱容、熵及活度等；屬於動力學及傳輸性質的，有擴散系數、傳質系數、湍流黏度及熱導率等。文獻中已提出不少熔體（如合金溶液、熔渣、熔鹽等）的結構模型，利用這些模型研究並預測其各種性質。但迄今尚未找出較全面的、適用於各類型、各組成范圍而且與實驗數據相符合的通用模型。
發展和評價 物理化學應用於冶金首先從煉鋼過程開始，1925年英國法拉第學會召開煉鋼物理化學的國際會議，引起全世界冶金工作者的重視。1926年美國礦業局組織煉鋼物理化學小組，由C.H.赫蒂領導，對平爐冶金進行系統的實驗研究工作。1957年由美國礦冶石油工程師學會(AIME)匯編為《鋼的脫氧——赫蒂紀念論文集》。1932～1934年德國H.申克編寫出版的《鋼鐵冶金過程物理化學導論》(1932年第一卷，1934年第二卷)是第一本煉鋼過程物理化學的名著，先後被譯成英、俄、意等文字。美國J.奇普曼的早期代表著作，如《1 600℃的化學》和《金屬溶液中的活度》進一步奠定瞭冶金過程物理化學學科的基礎。申克、奇普曼及其同事多年系統的研究工作，以及20世紀40年代以後國際冶金過程物理化學學術會議的定期召開，對學科的發展起瞭促進和推動作用。研究范圍從煉鋼進而擴展到煉鐵、有色金屬冶煉、真空冶金及半導體冶金等。
早期的冶金學者研究冶金過程，多從質量作用定律出發。由於高溫熔體不是理想溶液，它的各組分對質量作用定律有偏差，在闡明反應時，當時多采用經驗公式，對熔渣則采用各組分的“自由”狀態的量或假定熔渣中存有若幹化合物。20世紀30年代中期，開始用活度代替濃度以進行有溶液參加反應的熱力學計算。20世紀50～60年代間活度在冶金過程物理化學中成為最活躍的研究課題之一。由於冶金過程是多相反應，在過程進行中不可避免地要產生新相，如鐵礦石還原過程中金屬鐵相的生成，煉鋼過程中CO氣泡的生成，以及煉鋼脫氧過程中非金屬夾雜物的生成等。20世紀20年代開始創立的新相成核理論，在第二次世界大戰後廣泛地引入冶金過程物理化學領域。戰後，化學動力學結合物質、熱量及動量的傳輸現象擴展為宏觀動力學，又廣泛地加深冶金過程動力學的研究。隨著計算機在各種學科及工業上的廣泛應用，20世紀50年代開始形成的化學反應工程得到進一步的發展。中國學者葉渚沛在20世紀50年代提倡應用傳輸理論研究冶金過程，高爐強化冶煉的“三高”理論就是這種研究方法的成果。80年代以後，更多的中國冶金學者認識到冶金反應工程學的重要性，研究瞭高爐過程控制、轉爐復合吹煉、噴射冶金和爐外精煉、連鑄操作、鋁的熔鹽電解和電磁鑄造的流場特征、溫度分佈、傳熱傳質過程等諸多方面，成效顯著，和國際冶金界也有廣泛交流。
冶金過程物理化學對促進冶金工業發展、提高冶金產品質量、增加品種、發展冶金新技術及探索冶金新流程等方面起著重要的作用。下列兩例足以說明：①在20世紀40年代以前，不銹鋼冶煉采用的“配料熔化法”隻能使用低碳原料，而不能重熔不銹鋼返回料。一系列的鉻碳氧化平衡的研究表明，必須提高熔池的溫度方能去碳保鉻，從而能采用不銹鋼返回料。此項熱力學的理論分析奠定瞭20世紀40年代中期“返回吹氧法”，即以吹氧氣熔煉不銹鋼的理論基礎。但此法仍受到必須采用相當數量低碳鉻鐵的限制。20世紀60年代後期，利用真空冶金原理發明的“氬氧混吹法”（AOD法），被譽為不銹鋼冶煉史上的新紀元，即采用高碳含鉻原料冶煉超低碳不銹鋼，既提高瞭產品質量，又降低瞭冶煉成本。②鋼液脫硫時，加入稀土金屬(見稀土元素)或鈣、鋯等金屬，得到塑性加工中不變形的球狀硫化物，克服瞭在塑性加工時夾雜物（如硫化錳）變形所引起的沖擊韌性各向異性的缺點，獲得高質量的鋼種，改善瞭低溫用石油鋼管的性能。此發明被譽為1974年鋼鐵冶金理論研究領域三大成果之一。
20世紀70年代以後，噴射冶金、二次重熔等新技術的發展，都與冶金過程物理化學的長期研究工作分不開。宏觀動力學和反應工程學的進展使冶金理論從分子尺度擴大到工藝設備尺度的層次。例如鋁的熔鹽電解過程，可以通過電磁場解析、溫度場和流場解析預測電解質溫度、電解槽內形和電流效率，改善冶煉操作。提取冶金學從技藝逐步發展為應用科學，冶金過程物理化學的研究起到瞭重要作用。
推薦書目
魏壽昆. 冶金過程熱力學. 上海: 上海科學技術出版社, 1980.
奧特斯. 鋼冶金學. 倪瑞明等, 譯. 北京: 冶金工業出版社, 1997.