昨日，2020年诺贝尔化学奖公布，发展了基因编辑技术的科学家埃马纽埃尔·卡彭蒂耶与詹妮弗·杜德娜获奖。回顾近年诺贝尔化学奖得主的名单，不少人调侃，诺贝尔化学奖已经越来越像“理综奖”。过去，人们通常把化学分为“四大化学”，也就是有机化学、无机化学、物理化学和分析化学。而现如今，化学在更多交叉前沿领域有了更多发展的空间。
2015年，哈佛大学化学家乔治·M. 怀特塞兹在顶级化学期刊《应用化学》上发表文章Reinventing Chemistry（重塑化学），阐述了他对未来化学发展的理解。怀特塞兹写道：“化学现在面临着各种各样的机会和对社会的义务。科学一直在研究原子、键、分子和反应。那么50年后呢？它还会是对分子及其行为的研究吗？
又或者，它会涉及包含分子的复杂系统，包括材料科学、生物学、地质学、城市管理等等，成为任何形式的‘化学’？对任何化学领域的简单定义，或者至少是简单如‘原子、分子和反应’这样的定义，似乎都不再适合化学的潜力，以及它对社会的义务，还有它所面临的挑战的复杂性。”生物化学是近年来最热门、发展最为迅速的领域之一，它涉及的范围非常广泛，从理解生命的机制，到了解疾病，甚至延伸到公共健康等领域。
在更微观的层面上，生命也可以理解为分子化学的一种表现形式，它是分子、催化剂和反应构成的惊人的网络。它其实同样是一种我们不甚理解的“化学”。从另一种意义上来说，生命其实也可以说是“起源于化学”。在前生命时代的混乱地球上，一些简单而基本的化学小分子逐渐构成了更复杂的“部件”，慢慢发展出了纷繁的生物世界。我们对这个神秘的过程知之甚少，它同样吸引着一批又一批科学家深入探究。
虽然我们可能很难直观感受到，但我们的地球家园从来不是一个静止的星球。地球与太阳系的开端可以追溯到46亿年前，这个数字就是我们通过化学元素随时间变化的规律而探测出来的。地球化学的研究对理解地球组成，及其形成和演化等方面做出了关键的贡献。我们脚下的每一块岩石、每一寸土地，都带着许多历史的故事。还有一些情况下，地球化学的领域会跨越地球之外，延伸至整个太阳系。
地球的大气层与生命息息相关，大气的化学组成会受到自然过程的影响（比如剧烈的火山喷发）以及人类活动的影响（比如温室气体水平、臭氧层的破坏等等）。随着系外行星的发现，科学家也开始将眼光从地球移到了其他星球上。在系外行星探测的过程中，人们同样借助对行星大气的特定分子的探测，来推测系外行星环境以及系外生命存在的可能性。怀特塞兹教授还特别提到了有关大气系统的另一个独特之处。
化学一直倾向于研究处于热力平衡，或者向热力平衡移动的系统，这些系统看起来已经很复杂，但我们周围最有趣的系统还不止这些。还有一类系统是“耗散”的，也就是说，它们的特点和最有趣的特征只有在能量通过时才会显现出来，大气、海洋、代谢等都属于这类“耗散”系统。研究耗散系统几十年来一直是物理学研究的主题之一，但与平衡系统不同的是，我们对耗散系统的理论与经验认识都还非常浅薄。
有研究显示，自2010年起，FDA批准的新药数量出现了显著增长。我们再也无法寄希望于偶然发现某种药来满足我们对药物的需求了。药物化学的背后，其实包含了对生物与化学等诸多领域的综合理解，它不仅需要对疾病、代谢等方面有足够的认识，还要设计的化学物质有足够的了解。近几十年来，随着计算机和基因组学的发展，合理药物设计（rational drug design）也成了一个经常被讨论的话题。
简单来说，这可以理解成一种基于结构的更精准的药物设计，它从基因（组）出发，针对药物作用的精确位置来寻找和设计药物分子。我们对DDT被禁用的故事应该都耳熟能详。20世纪上半叶，人们发现DDT可以作为一种有效的杀虫剂快速杀害害虫，它因此被作为一种农药广泛使用。但后来人们发现，这种物质在自然界分成难以分解，会在动物体内累积，对生态造成非常不利的影响。
因此从20世纪70年代起，许多地区开始逐渐禁止这种物质的使用。这是环境化学中典型的案例之一。环境化学通常研究的是化学物质在环境中迁移、转化和降解的规律，它时常与“污染”一词联系在一起。随着社会和科技的发展，环境问题日益成为关注的焦点。环境化学也成了理解环境问题以及环境保护的重要基础。
科技越来越尖端，我们对材料的需求越来越高。我们希望材料在更轻薄的同时变得更坚韧，甚至还带有诸多独特的性能。我们最终有可能制造出高温的超导体吗？那么透明的液态铁磁体，或者一种真正具有生物相容性的神经假体是否有可能呢？如果有一种比金刚石更好的热导体材料，同时价格又便宜，还具有氧化稳定，那就再好不过了。人们正在朝着许多过去认为“不可能”的材料迈进，化学在这个过程中自然功不可没。