立体化学是指从立体的角度出发研究分子的结构和反应行为的学科，它所研究的对象主要包括有机分子和无机分子两部分。由于有机化合物分子中主要的价键共价键具有方向性特征，因此立体化学在有机化学的研究占据非常重要的地位。
立体化学于19世纪初期作为一门学科出现，它的出现是以范托夫和勒贝尔的学说为基础的。1874年，J·H·范托夫和J·A·勒贝尔两位科学家分别提出关于碳原子的四面体学说，他们认为：分子可以认为是一个三维实体，碳的四个价键在空间是对称的，所以当碳原子与四个不同的原子或基团连接时，就会产生一对异构体，两者互为实物和镜像，其中这个碳原子叫做不对称碳原子，这对化合物互为旋光异构体。
在范托夫和勒贝尔之后，立体化学方面出现了很多科学家，有E·费歇尔糖类化合物构型（见分子构型）的研究、O·哈塞尔和D·H·R·巴顿关于分子构象和构象分析的理论、C·K·英戈尔德关于亲核取代反应中的立体化学的研究等，他们都为立体化学的发展作出了重要贡献。此外，A·韦尔纳关于配位化学的研究，又将立体化学的研究深入到无机化学的领域中并取得一定的发展。还有近年来出现的伍德沃德一霍夫曼规则，它是有关于周环反应方向的规则，也促使着立体化学得到新的进展。
在研究的过程中，立体化学主要分为静态立体化学和动态立体化学两部分。静态立体化学研究的是分子中各原子或原子团在空间位置的相互关系，也就是对分子结构的构型和构象的研究，即分子结构的立体形象，另外也包括构型异构和构象异构所导致的分子之间的性质不同等问题；动态立体化学研究构型异构体的制备及其在化学反应中的行为等问题。在立体化学所研究的两部分中，其中静态立体化学研究的目的主要在于以不对称合成获得某一旋光异构体；而动态立体化学研究中除了包括构象分析外，还对各个经典反应类型进行研究，如加成反应、取代反应中的立体化学现象。
总之，立体化学的研究具有很重要的作用，它的观点和方法不仅适用于研究有机化合物的分子结构和反应性能，而且还在天然产物化学、生物化学、药物化学、高分子化学中发挥着很重要的作用。另外，在探索生命奥秘方面，特别是在对生物大分子，包括蛋白质、酶和核酸分子的认识和人工合成方面，立体化学也显得尤其重要。