محیط‌های شیمایی پیچیده به محیط‌هایی اطلاق می‌شود که شامل ترکیبات شیمیایی چندگانه و پیچیده هستند، به عبارت دیگر، محیط‌هایی که در آن‌ها واکنش‌های شیمیایی چندگانه و تعاملات مختلف بین مولکول‌ها اتفاق می‌افتد. این ترکیبات شامل مواد آلی و غیرآلی با ساختارها و خصوصیات شیمیایی متنوع می‌شوند که می‌توانند از جنس‌های مختلف باشند، از جمله اسیدها، بازها، ترکیبات آلی پیچیده، پلیمرها و مواد زیستی مانند پروتئین‌ها.
این محیط‌ها به عنوان محیط‌های پیچیده شناخته می‌شوند زیرا در آن‌ها شیمی تعاملی و پیچیده‌ای رخ می‌دهد که نیازمند فهم و آگاهی از رفتار مولکولی و شیمیایی مواد موجود در آن‌ها است.
مثال‌هایی از محیط‌های شیمایی پیچیده شامل موارد زیر می‌شود:
محیط‌های بیولوژیکی (Biological): مثل فرایندهای شیمیایی در داخل سلول، مانند ترکیبات بیوشیمیایی مانند پروتئین‌ها و انزیم‌ها.
محیط‌های شیمیایی صنعتی (Industrial): مانند فرآیندهای شیمیایی در تولید مواد شیمیایی پیچیده مانند پلیمرها و داروها.
محیط‌های شیمیایی طبیعی (Natural): از جمله خاک، آب‌های زیرزمینی و دریاچه‌ها که شامل ترکیبات آلی و غیرآلی پیچیده هستند.
در این محیط‌ها، مولکول‌ها با یکدیگر تعاملات شیمیایی پیچیده انجام می‌دهند و این تعاملات بر پایه ویژگی‌های شیمیایی مولکول‌ها، مانند ساختار، گروه‌های عاملی، و خواص فیزیکی مولکولی استوار است.