由於新的科學技術之不斷精進，科學家對於物質的研究已進展到可操控至原子
與分子層面的範圍內。近年來單分子光譜（single molecule spectroscopy）
，原子力顯微鏡（atomic force microscopy），及電子顯微鏡
（electron microscopy）對生物分子、分子導線（molecule wire）、乃至於
奈米材料等之力學與導電性等性質的研究已有重大進展。舉例如對分子導線的
研究而言，由於實驗工作對分子導線中之電性測量、功能預測、及元件設計，
截至目前仍面臨多方面有實質障礙的挑戰，故對現階段之理論工作的推導與預測
，更值得全力發展。 受到上述科學與技術精進的影響，對了解生物系統的研究
已不再曠日費時，有效且快速的結構分析及性質決定已可在短時日內完成。

時至今日，若要再進一步的研究了解生物體系，藉助於物理化學理論的推演已
為不可或缺之重要環節。例如生物分子的導電性，離子通道（ion channel）中
之傳導小離子、小分子、以及蛋白質、DNA等的進行機制，仍需更進一步的理論
研究，方得以闡明。舉另一顯著實例，分子馬達（molecular motor）為普遍存在
於生物系統中，但它的理論基礎至今仍以現象學為主。故以微觀角度的深入了解
，以建立有效之理論模型，將有助於設計出可操控之分子引擎（molecular engine）。
大型生物分子間的交互作用，包含非常廣泛的化學功能，例如：
離子通道（ion channel）的控制，離子幫浦（ion pump）如何受電場的影響，
雙構象酶（allosteric enzyme），區域對換（domain swapping）等都與蛋白質構形之
改變（protein conformation change）息息相關，深入的理論推導以了解
其細部機制仍有待進一步的發展。 計算化學方法的進階，譬如時間相關
密度函數理論（time dependent density functional theory）的進一步改進，
激發態（excited state）的鬆弛（relaxation）過程之精確計算，均將對新理論
模型的建立有所助益。此外，演算精確的化學力場（force field），以更正確的
預測大分子的結構，並藉此對蛋白質摺疊（folding）及藥物設計（drug design）
能有更正確的推測，亦有助於日後實驗之進行。