用X射线法来分析晶体结构，是物理学的最新成果为化学服务的又一个生动范例。在19世纪，没有可靠的办法确定分子结构。到了20世纪，由于建立了X射线衍射法，揭开了物质分子结构之谜。在20世纪的前30年里，利用X射线衍射法对好几百种无机物质的晶体结构进行了测定，使人类在认识无机物结构方面迈出了关键的一步。1913年，日本的两位化学家发现X射线衍射法也能用来分析有机物纤维的分子结构，这对于推进有机化学结构理论的发展有重大意义。
这一时期，化学实验技术也获得了重大突破。1901年至1906年，瑞士化学家高贝尔斯莱德和俄国植物学家茨维特发明了一种新的实验技术——色层分析法。这项技术后来促进了一门边缘学科——生物化学的发展。这一时期化学理论研究的成果，还表现在高分子聚合物的研究上。19世纪，科学家们发现了简单化合物互相聚合成分子量非常大的聚合物的反应——聚合反应。20世纪初，科学家们对许多有机化合物的聚合反应进行了深入研究，通过这些研究后来建立起一门研究聚合反应速度的化学动力学。对聚合反应的深入研究使合成纤维、合成橡胶和塑料的技术日趋成熟，这三大合成材料成为20世纪化工原料的代表。19世纪末，化学家们弄清了天然橡胶的基本成分是异戊二烯，1910年前后，美国、德国和前苏联都成功地合成了*烯丁**橡胶。合成橡胶是合成材料中的老大。合成材料中跟人的日常生活关系最密切的是合成纤维，也叫化纤。虽然美国的杜邦公司早在1927年就着手研究，但一直到1935年才研制成功。至于塑料，现在已经成为产量最高的化工产品了。1907年美国化学家贝克兰发明了酚醛塑料（即“电木”）的生产方法，于1910年开始正式生产，这以后塑料家族不断壮大，新的塑料品种层出不穷。
