Femtochemie je obor fyzikální chemie , který studuje chemické reakce ve velmi krátkých časových intervalech, v řádu femtosekund (odtud název). Za práci v této oblasti obdržel A. Zewail v roce 1999 Nobelovu cenu za chemii : „za studium chemických reakcí v reálném čase pomocí femtosekundové spektroskopie “. Hlavním výsledkem práce je, že bylo možné pozorovat tok elementárních chemických reakcí "v reálném čase" a vytvořil se tak nový obor chemie - femtochemie, který studuje chemické procesy v časovém rozmezí femtosekund (10 −15 - 10 −12 sekund ). Studiem elementárních reakcí se zabývá speciální sekce chemicko- chemická dynamika . Hlavním úkolem chemické dynamiky je určit strukturu přechodného stavu a sledovat dynamiku jeho vzniku a rozpadu v reálném čase.
Rozvoj laserů a zejména laserů ultrakrátkých pulsů rozšířil obzory chemie a přinesl průlom ve studiu kinetiky elementárních chemických interakcí ( 10–100 fs nebo 10–14–10–13 s ). Tyto doby jsou mnohem kratší než perioda oscilace atomů v molekulách (100 fs – 10 ps nebo 10–13–10–11 s ). Díky tomuto poměru časů femtochemie „vidí“ samotnou chemickou reakci – to, jak se atomy pohybují v čase a prostoru , když se výchozí sloučeniny přeměňují na produkty. Toto je hlavní úspěch moderní chemie: otevřel přímé cesty ke studiu mechanismů chemických reakcí, a tudíž způsoby, jak reakce řídit. Pokroky v používání femtosekundových pulzů vedly k objevu další vědy – femtobiologie . Vlastnosti femtosekundových pulzů umožňují: poskytovat vysoké časové rozlišení, vytvářet koherentní vibračně-rotační vlnové balíčky, snadno provádět procesy multifotonové absorpce, působit na povrch potenciální energie . Hlavními směry této nové oblasti výzkumu je studium detailních mikroskopických chemických procesů a jejich řízení na femtosekundovém časovém měřítku.