Femtokimya, yeni moleküller (ürünler) oluşturmak üzere kendilerini yeniden düzenleyen moleküller (reaktantlar) içindeki atomların hareketini incelemek için çok kısa zaman aralıklarında (yaklaşık 10−15 saniye veya bir femtosaniye, dolayısıyla adı) kimyasal reaksiyonları inceleyen fiziksel kimya alanıdır. 1999'da Ahmed Zevail, bu alandaki öncü çalışmaları nedeniyle, bir moleküldeki atomların, lazer ışığıyla yanıp sönen kimyasal bir reaksiyon sırasında nasıl hareket ettiğini görmenin mümkün olduğunu gösteren öncü çalışmaları nedeniyle Kimyada Nobel Ödülü'nü aldı.
Femtokimyanın biyolojik çalışmalarda uygulanması, kök halka RNA yapılarının konformasyonel açıklamasının aydınlatılmasına da yardımcı olmuştur.
Birçok yayın bu yöntemle kimyasal reaksiyonları kontrol etme olasılığını tartıştı ancak bu hala tartışmalı bir konudur. Bazı reaksiyonlardaki adımlar femtosaniye zaman çizelgesinde ve bazen attosaniye zaman ölçeklerinde gerçekleşir, ve bazen ara ürünler oluşturur. Bu ara ürünler, başlangıç ve son ürünlerin izlenmesinden her zaman elde edilemez.
