Quantenmechanische Simulationen basieren auf der Berechnung der Wechselwirkung zwischen Elektronen in einem Molekül. Diese Verfahren sind extrem rechenintensiv und daher auf Systeme mit einigen hundert Atomen beschränkt.

Mit quantenmechanischen Verfahren ist es jedoch möglich, chemische Reaktionen zu berechnen. Häufige Anwendung finden diese Methoden in der Katalyseforschung, bei der Entwicklung von Farbstoffen sowie bei der Berechnung chemischer Reaktionen von Substraten in Biomolekülen.