В разные годы кафедрой физической химии заведовали такие известные ученые, как член-корреспондент АН СССР А.Н. Капустинский, А.И. Бродский, заслуженный деятель науки и техники СССР профессор, д.х.н. А.А. Жуховицкий, заслуженные деятели науки РФ д.х.н. И.А.Томилин, д.ф.-м.н. Б.С. Бокштейн, лауреат премии Правительства РФ в области образования д.х.н. М.В. Астахов.
Кафедра физической химии была организована в 1930 году как структурное подразделение Московского института стали. В 1948 году она вошла в состав только что созданного физико-химического факультета МИСиС. В это время для заведования кафедрой был приглашен профессор Александр Абрамович Жуховицкий. Уже наработанный в разных научных и учебных организациях опыт позволил А.А. Жуховицкому в короткий срок коренным образом изменить как учебный процесс на кафедре физической химии, так и научную работу сотрудников. Им был разработан и реализован совершенно новый курс физической химии, ориентированный на подготовку инженеров-металлургов и специалистов в области физической химии металлургических процессов и физического металловедения.
А.А. Жуховицкий создал также научную школу в газовой хроматографии. Им были предложены новые способы хроматографического определения легких и тяжелых примесей в газах, показана возможность определения этими методами абсорбции, коэффициентов активности компонентов растворов, разработан новый вариант хроматографии — хромодистилляция, позволяющий концентрировать примеси в 10⁶—10⁸ раз, дана теория и созданы высокочувствительные полупроводниковые, диэлектрические и пьезоэлектрические детекторы для хроматографии и регистрации весьма малых изменений температуры. В первые послевоенные годы
Выдающуюся роль в преподавании физической химии в институте сыграл профессор А.Н. Крестовников — крупный специалист в области физической химии металлургических процессов, многие годы возглавлявший кафедру физической химии в Московском институте цветных металлов и золота. С 1971 года и до последних дней своей жизни А.Н. Крестовников работал профессором на кафедре физической химии МИСИС.
Одно из традиционных направлений кафедры — диффузия в металлических системах, диффузия и границы зерен в металлах, диффузионно-контролируемые процессы. Это направление было начато и развивалось профессором Бокштейном Борисом Самуиловичем. Результаты работ по этому направлению ярко отображены в монографиях и учебниках профессора Б.С. Бокштейна — «Диффузия в металлах», «Термодинамика и кинетика диффузии», «Атомы блуждают по кристаллу» и др. Этому направлению на кафедре вот уже почти 60 лет, но оно не потеряло свою значимость и продолжает развиваться.
Важное и популярное направление в физике и физической химии — компьютерное моделирование —развивал на кафедре профессор Давид Кириллович Белащенко. Используя методы молекулярной механики, молекулярной динамики, статической релаксации, Монте-Карло и т. д., рассчитывая методами квантовой механики или подбирая по известным экспериментальным данным форму и параметры межчастичных потенциалов, под его руководством решали задачи описания структуры изучаемых веществ, в том числе при экстремальных условиях, рассчитывали их свойства и изучали динамику процессов в веществах.
Мощным средством изучения физико-химических свойств веществ являются методы химической термодинамики. На кафедре физической химии в течение многих лет это направление развивал профессор Игорь Аркадьевич Томилин — один из крупнейших специалистов в этой области. Его работы связаны как с получением термодинамических характеристик систем, так и с их применением в различных расчетах.
С 1973 года на кафедре ведутся исследования физико-химических свойств наносистем, инициатором которых был Михаил Васильевич Астахов. Одним из основных направлений этих исследований являлось изучение процессов взаимодействия электромагнитного излучения с ансамблем нанокристаллов. В результате проведенных работ была создана теория резонансного взаимодействия электромагнитного поля с собственными колебаниями дипольных нанокристаллических частиц. Михаил Васильевич предложил идею нового для кафедры направления электрохимических накопителей энергии, которое и сейчас активно развивается.
Нельзя не упомянуть и других профессоров кафедры, каждый из которых был крупным специалистом в своей области: