NWChem是运行在高性能并行超级计算机和通常工作站集群上的计算化学软件，可以用在大多数计算平台上。NWChem使用标准量子力学描述电子波函或密度，计算分子和周期性系统的特性，还可以进行经典分子动力学和自由能模拟。

 1. 分子的电子结构
1) 下面的方法计算原子坐标的能量，解析一阶导和二阶导。
自恰场（SCF）或Hartree-Fock（RHF，UHF）
高斯密度泛函理论（DFT），使用正常的N³和N⁴标度的局域，非局域（梯度校正）和杂化（局域，非局域和HF）的自旋限制交换-关联势
2) 下面的方法计算原子坐标的能量和解析一阶导。二阶导由一阶导的有限差分计算。
自恰场（SCF）或Hartree-Fock（RHF，UHF，高自旋ROHF）
高斯密度泛函理论（DFT），使用正常的N3和N4标度的局域和非局域交换相关势（RHF或UHF）
自旋-轨道DFT（SODFT），使用多种局域和非局域交换相关势（UHF）
MP2，包括使用冻芯以及RHF和UHF参考的半直接MP2
完全活性空间SCF（CASSCF）
束缚DFT
加入经验性长程色散校正的DFT-D方法
3) 下面的方法仅用于计算能量。一阶导和二阶导由能量的有限差分计算。
CCSD，CCSD(T)，CCSD+T(CCSD)，使用RHF参考
二级微扰修正的选择CI。选择参考组态的CI+微扰修正可以进行激发态的能量计算，并可以对激发态进行几何优化。
使用RHF参考的完全直接MP2
单位分解积分近似MP2（RI-MP2），使用RHF和UHF参考
使用RHF，UHF，RDFT，或UDFT参考的CIS，TDHF，TDDFT，和Tamm-Dancoff TDDFT用于激发态计算
用于闭壳层和开壳层体系的CCSD(T)和CCSD[T]（TCE模块）
使用RHF，UHF，或ROHF参考的UCCD，ULCCD，UCCSD，ULCCSD，UQCISD，UCCSDT，和UCCSDTQ
使用RHF，UHF，或ROHF参考的UCISD，UCISDT，和UCISDTQ
使用RHF或UHF参考的非正则UMP2，UMP3，和UMP4
EOM-CCSD，EOM-CCSDT，EOM-CCSDTQ用于闭壳层和开壳层体系激发能、跃迁矩和激发态偶极矩的计算
CCSD，CCSDT，CCSDTQ用于闭壳层和开壳层体系偶极矩的计算
在TCE模块中，用二次近似的单双耦合簇模型（CC2）计算激发能
4) 下面的方法可用于计算分子特性。
使用限制或非限制参考的耦合簇线性响应
用线性响应方法计算CCSD和CCSDT级别的基态动态极化率
用线性响应方法计算CCSDTQ级别的动态偶极极化率
5) 对所有的方法，下面的操作都适用。
单点能
几何优化（最小值和过渡态）
整个从头势能曲面上的分子动力学
如果不能用解析导数，自动计算数值的一阶和二阶导
笛卡尔坐标的简正振动分析
Morokuma及其合作者的ONIOM混合方法
产生电子密度文件用于图形显示
求解静态和单电子特性
原子局部电荷的静电势匹配（CHELPG方法，可以加上RESP限制或电荷约束）
6) 对于闭壳层和开壳层的SCF和DFT：
COSMO能量
7) 另外，自动提供到以下程序的接口：
NBO包。
Python
8) 密度泛函：
数十种LDA和GGA泛函（VWN，Becke97，Becke98，HCTH系列，OPTX，MPW91等），以及meta-GGA泛函。
2. 相对论效应
以下的方法可以在量化计算中包含相对论：
无自旋单电子Douglas-Kroll近似用于所有量子力学方法及其梯度。
Dyall的无自旋改进Dirac哈密顿量近似，用于Hartree-Fock方法及其梯度。
通过自旋-轨道势包含单电子自旋-轨道影响。这个选项用于DFT及其梯度，但不能用对称性。
对于DFT，可以用无自旋的和自旋-轨道的ZORA
3. 赝势平面波电子结构
1) 下面的模块使用赝势平面波DFT，计算能量，结构优化，数值二阶导，以及从头分子动力学。
PSPW（赝势平面波），Gamma点程序，用于计算分子、液体、晶体、表面。
Band，标准的能带结构代码，用于计算具有小带隙（如半导体和金属）的晶体和表面。
GAPSS，周期体系电子结构LCAO模块（聚合物，表面和固体的高斯方法），使用包含多种局域和非局域交换相关势的高斯DFT，用于计算能量（4.6以上新版本不包含这个模块）
2) 计算使用：
共轭梯度和有限内存的BFGS最小化
Car-Parrinello（扩展拉格朗日动力学）
常温恒定能量下Car-Parrinello模拟
在Car-Parrinello中固定原子的笛卡尔坐标和SHAKE束缚
赝势库
Hamann和Troullier-Martins模守恒赝势，可以用半芯校正
自动的波函初始猜测，现在使用LCAO
Vosko和PBE96交换关联势（自旋限制与非限制）
非周期正交模拟单元，用于计算带电或高度极化的分子
用周期和自由空间边界条件，正交模拟晶胞
大、小平面波展开之间的转换模块
到DRIVER，STEPPER和VIB模块的接口
通过使用点电荷计算极化率
Mulliken分析，点电荷分析，DPLOT分析（波函，密度，和静电势绘图）
BAND加入费米模糊技术
BAND加入二分量相对论波函
BAND加入HGH自旋-轨道势
BAND加入Hilbert分解并行FFT
PSPW加入Car-Parrinello QM/MM
非立方晶胞现在可以产生Wannier轨道
PSPW使用新的并行分解，用于FFT格点和轨道
PSPW加入分数占据的分子轨道
二维处理器格点用于PSPW
PSPW加入Born-Oppenheimer动力学选项
4. 分子动力学
1) 以下功能用于经典分子模拟：
单构型能量求解
能量最小化
分子动力学模拟
自由能模拟
2) 经典和量子描述的组合，执行：
QM/MM能量最小化和分子动力学模拟
使用任何能计算梯度的量子力学方法进行量子动力学模拟
3) 通过用DIRDYVTST模块，用户可以为POLYRATE程序写输入文件，计算化学反应速率常数，包括量子力学振动能和隧穿的贡献。
5. DNTMC，新的动力学核理论Monte Carlo模块，用于确定分子团簇的几率分布和蒸发率。
6. Python，NWChem内植了Python程序语言，用户可以很容易地组合和控制NWChem的许多高级功能，进行复杂的操作。
7. 并行工具和库（ParSoft）

NWChem支持从小分子体系到大分子体系或固体体系的理论计算。特别适合于需要同时使用多种理论工具进行研究的体系，高精度计算问题和需要考虑相对论效应的体系。

• M. Valiev, E.J. Bylaska, N. Govind, K. Kowalski, T.P. Straatsma, H.J.J. van Dam, D. Wang, J. Nieplocha, E. Apra, T.L. Windus, W.A. de Jong, “NWChem: a comprehensive and scalable open-source solution for large scale molecular simulations”?Comput. Phys. Commun. 181, 1477 (2010)
• http://www.quantumchemistry.net/content/nwchem