化合物的结构决定其性质，并且每种性质都与其结构密切相关，因此通过分析和考察分子结构特征与物理化学性质或生物活性之间的变化规律，建立物质结构与性质的定量关系，并从理论上对物质的性质和功能进行解释和预测具有十分重要的意义，其关键是找到能够反映物质本身而又简单的分子描述符。对此，作者根据35个硝基苯化合物以及135个多氯代二苯并呋喃的分子结构特征，分别构建出一种既能表征取代基差异，又能反映出取代位置的分子结构描述符，借助多元线性回归方法建立分子结构参数与硝基苯对黑头呆鱼的急性毒性、多氯代二苯并呋喃的气相色谱保留指数的相关模型，通过留一法交互校验以及Jackknife随机抽样检验，结果表明所建模型均有较好的稳定性和较强的外部预测能力。同时作者在基态原子价壳层电子隐核图的基础上，基于拓扑化学原理以及原子价壳层电子结构特征，构建了基态原子价壳层电子量子拓扑指数，结合原子价壳层电子平均化能等参数，建立了一套新的元素电负性标度，填补了元素周期表中某些元素的电负性空缺。并且将该方法进行扩展应用于系列稀土化合物的研究，结果证明所建立的拓扑指数具有良好的结构选择性和性质相关性，得出了镧系元素一系列重要性质的变化规律，具有重要的学术意义和创新性。最后作者通过定义分子中原子的平衡电负性对分子图进行着色，在距离矩阵的基础上结合分子中各原子的支化度构建一种能表征杂原子、多重键的分子结构特征的拓扑指数，并用它们对链烷烃等有机物的加和型性质以及凝聚型性质的同系递变规律进行研究，获得了满意的结果。