Основные задачи криохимии: исследование механизма элементарного акта химических реакций при низких температурах, изучение влияния межмолекулярных взаимодействий на реакционную способность и связь последней с физико-химическими свойствами веществ, получение химических соединений и частиц, нестабильных или высокореакционных при обычных температурах, выяснение низкотемпературных границ химической активности веществ.

Химические реакции при низких температурах наблюдались впервые Дж. Дьюаром в начале XX в. (фторирование углеводородов при 90 К; реакции щелочных металлов, H₂S и некоторых других соединений с жидким кислородом). Систематические исследования в области криохимии ведутся с 1950-х гг., чему способствовало появление ряда новых экспериментальных методик, и прежде всего методов радиоспектроскопии и матричной изоляции (Г. Портер, Дж. Пиментел, 1954). Для жидкофазных реакций (например, галогенов с олефинами) при низких температурах важное значение приобретают сравнительно слабые межмолекулярные взаимодействия реагентов друг с другом и с молекулами среды, которые при обычных температурах не существенны из-за теплового движения. В криохимических реакциях может наблюдаться ряд особенностей. Так, вместо аррениусовской зависимости константы скорости от температуры, константа возрастает с понижением температуры, достигая максимума, а затем уменьшается. Кроме того, нередко изменяется механизм реакции, ее порядок и направление. Для осуществления твердофазных реакций при сверхнизких температурах, как правило, необходимо внешнее инициирующее воздействие (например, фотолиз, УФ-излучение, механохимическое воздействие) либо участие высокоактивных реагентов, например атомарных металлов. Криохимия создает уникальные возможности для получения и стабилизации химически неустойчивых частиц и соединений. Частицы изолируют в инертных матрицах (обычно твердых благородных газах — Ar, Kr, Xe, Ne) при температурах, исключающих возможность тепловой диффузии, обычно ниже температуры кипения жидкого азота (метод матричной изоляции). С помощью матричной изоляции могут быть получены высокоэнергетические топлива, превышающие по запасам энергии наиболее эффективные из ныне существующих. Разработаны методы криохимического синтеза, основанные на низкотемпературной соконденсации реагентов (Н.Н. Семенов, А.И. Шальников, 1929). В химической промышленности низкие температуры используют в синтезе аммиака, при каталитической конверсии метана и катионной полимеризации изобутилена, при получении аморфных и мелкокристаллических металлов и т. п. Криохимические процессы, основанные на физико-химических превращениях водных растворов при низких температурах (криокристаллизация, сублимационная сушка, экстрагирование и диспергирование), в сочетании с последующими дегидратацией, термическим разложением, спеканием и т. д. при температурах выше 70 К перспективны в производстве ферритов, твердых электролитов, пьезокерамики, катализаторов, адсорбентов.