Laboratorija za fizičku hemiju osnovana je u isto vreme kad i Institut „Vinča“, 1948. godine, a prvu odvojenu zgradu dobila je 1950. godine. Prvi načelnik (direktor) laboratorije bio je akademik Pavle Savić, osnivač Instituta. Ova laboratorija je matična (ishodna) za sve ostale laboratorije Instituta koje se bave hemijom, fizičkom hemijom i materijalima, a koje su se od nje vremenom i s razvojem specijalizovanih problematika izdvajale.

Shodno svom izvornom usmerenju i akumuliranom znanju, ova laboratorija se i danas bavi problemima vezanim za razvoj i korišcenje specifične hemijske analitike (masena, optička i laserska spektroskopija, hemijski senzori) i korišcenje stabilnih izotopa.