计算地球化学提供从微观到宏观多尺度时空范围的研究手段，是很多地球科学分支之间的纽带和桥梁。它的研究范围主要包括：①基于量子力学或统计力学，在原子和分子级别上进行的物质性质计算和理论研究；②基于热力学或物理化学，对物质的宏观性质进行的计算和理论研究；③基于热力学、流体力学或计算数学模型，对宏观地质体系的化学动力学过程进行的计算和理论研究。这3个方面的工作，为人们提供了从原子、分子级细节机理到宏观过程的解释和预测。

狭义的计算地球化学主要指上述第一个研究范围，起源于20世纪六七十年代，主要是由美国学者J.A.托塞尔、G.V.吉布斯和A.C.拉萨加率先开展研究。最早主要基于半经验和从头的量子化学计算，研究矿物结构、分子光谱、核磁共振、电子密度分布、矿物溶解反应动力学等方面的工作，随后推广至广谱的矿物物理性质、扩散迁移性质的计算，以及矿物相变、矿物表界面性质、溶液和矿物表面的pH和pKa、同位素分馏和元素分配计算等的计算研究。计算地球化学已经从使用经典量子力学和量子化学逐渐开始深入量子场论的理论方法，并结合机器学习等人工智能和许多计算数学的新方法，开始了非平衡过程、非线性的复杂过程的物理化学性质计算，以满足整个地学和行星科学发展的需要。