पदार्थ की अवस्था को एक विशेष तापमान पर व्यक्तिगत परमाणुओं और अणुओं के अद्वितीय व्यवहार के रूप में वर्णित किया जा सकता है। पदार्थ की तीन बुनियादी अवस्थाएँ होती हैं: ठोस, तरल और विषम गतिकी। पदार्थ की ठोस अवस्थाओं में थोड़ा परिवर्तन होता है क्योंकि परमाणु भार बहुत कम होता है। दूसरी ओर गैसें और तरल पदार्थ बहुत अधिक कुल गतिशील लचीलेपन का प्रदर्शन करते हैं क्योंकि परमाणु भार अधिक होता है।
ठोस आमतौर पर साधारण बाहरी दबावों, जैसे गुरुत्वाकर्षण खिंचाव, माइक्रोवेव विकिरण और ध्वनि कंपन के तहत बहुत अच्छा व्यवहार करते हैं। दूसरी ओर, बड़ी ताकत के साथ लगाने पर वे तेजी से अपना आकार और द्रव्यमान खो देते हैं। ठोसों के व्यवहार को समझने के लिए द्विध्रुव आघूर्ण महत्वपूर्ण हैं। ऐसा इसलिए है क्योंकि एक द्विध्रुवीय क्षण विभिन्न स्थानों पर सिस्टम पर कार्य करने वाले बलों के कुल योग के बीच के अंतर का योग है।
अणु में हाइड्रोजन का एक परमाणु (प्रोटॉन सहित) और ऑक्सीजन का एक परमाणु होता है। हाइड्रोजन परमाणु दो क्वार्क से बने होते हैं और इनमें एक प्रोटॉन होता है। इस प्रकार की आणविक संरचना वाले परमाणु दो प्रोटॉन और एक इलेक्ट्रॉन से बने होते हैं। अणुओं के बंधन में इलेक्ट्रॉन एक प्रमुख भूमिका निभाते हैं क्योंकि वे दो परमाणु कणों के बीच एक बंधन बनाते हैं। इलेक्ट्रॉन एक परमाणु के चारों ओर एकल कक्षीय या परमाणु के चारों ओर मिश्रित कक्षा में हो सकते हैं।
आइए हम एक अणु को एक परमाणु और उससे जुड़े कई के मिश्रण के रूप में परिभाषित करें। एक अणु प्रकृति में जलीय या सहसंयोजक हो सकता है। जलीय अणु वे होते हैं जिनमें जलवाष्प नहीं होती है। साधारण शर्करा तथा ऐल्कोहॉल को छोड़कर प्रत्येक कार्बनिक यौगिक के विलयन में जल उपस्थित होता है। सहसंयोजक अणुओं में, परमाणु में दो इलेक्ट्रॉन होते हैं जो एक दूसरे का सामना करते हैं। इलेक्ट्रॉनों को एक अलग कक्षीय कक्षा में मिश्रित किया जा सकता है।
ठोस में परमाणु और आयन होते हैं। आयन या तो उदासीन होते हैं या विद्युत आवेशित होते हैं। तटस्थ कण प्रोटॉन या तटस्थ HOH अणु होते हैं। न्यूट्रॉन एक मिश्रित कक्षा में या तो एक उच्च कक्षीय या उसके करीब एक तटस्थ कक्षीय में एक इलेक्ट्रॉन के साथ हो सकते हैं।
परमाणु, साथ ही साथ उनके इलेक्ट्रॉन राज्य, अंतरिक्ष में उनके अभिविन्यास के आधार पर अलग-अलग आकार में हो सकते हैं। कार्बन जैसे ठोस पदार्थ में परमाणु स्वयं को एक जालक अवस्था में व्यवस्थित कर लेते हैं। कम ठोस यौगिकों में, परमाणुओं को कई अलग-अलग आकार में अव्यवस्थित किया जा सकता है। इसका मतलब है कि पदार्थ में प्राथमिक कण और जटिल रासायनिक संरचना दोनों हो सकते हैं। किसी पदार्थ का समग्र सामूहिक व्यवहार विभिन्न वातावरणों में उसकी “स्थिरता” है।
यदि पदार्थ में कोई बाहरी उतार-चढ़ाव नहीं है, तो परमाणु भार का वितरण एक आदर्श क्षेत्र है। यदि किसी प्रणाली में आंतरिक उतार-चढ़ाव होता है, तो गर्मी या घर्षण जैसी अशुद्धियों को जोड़कर या हटाकर परमाणु भार का वितरण बदल सकता है। गैसों और तरल पदार्थों के लिए भी यही सच है। एक गैस या तरल की गैस या तरल के रूप में व्यवहार करने की क्षमता उसकी आंतरिक संरचना पर निर्भर करती है। यही बात पदार्थ की विभिन्न अवस्थाओं पर भी लागू होती है।
क्रिस्टल एक पदार्थ का एक मॉडल है जिसका एक निश्चित आकार होता है और कोई बाहरी उतार-चढ़ाव नहीं होता है। उदाहरण के लिए, एक क्यूबिक क्रिस्टल अपने आकार से नहीं बदल सकता है, चाहे कितना भी दबाव या तापमान बदल जाए। पानी, हीरे और बर्फ जैसे ठोस पदार्थों के लिए भी यही सच है। सभी ठोसों का एक विशेष आकार होता है, चाहे उनकी बाहरी संरचना कुछ भी हो। उदाहरण के लिए, पानी तरल अवस्था में होता है, भले ही वह हवा से घिरा हो क्योंकि पानी के अणु पूरी तरह से गोलाकार होते हैं।
इसके विपरीत, पदार्थ की दो अलग-अलग अवस्थाएँ होती हैं – ठोस-शरीर और तरल-अवस्था। सभी ठोस जो ठोस रूप में होते हैं एक निश्चित आंतरिक संरचना प्रदर्शित करते हैं, जबकि तरल पदार्थों में आंतरिक संरचनाएं होती हैं जो उन्हें विशिष्ट परिस्थितियों में अधिक अस्थिर या कम स्थिर बनाती हैं। एक विलेय ठोस-शरीर या तरल-शरीर हो सकता है, जो उनके रासायनिक श्रृंगार पर निर्भर करता है, लेकिन सभी तरल पदार्थ ठोस और तरल पदार्थ के बीच एक संक्रमण क्षेत्र में होते हैं। जब एक तरल अणु एक विलेय से अलग होता है, तो इस संक्रमण अवस्था को “मोनोमर” या “शुद्धता” कहा जाता है।
जब ठोस और तरल पदार्थ मिश्रित होते हैं, तो उनकी पदार्थ की अवस्था बदल जाती है। ठोस और तरल पदार्थ के मिश्रण में, कुछ अणु अपनी मूल अवस्था में रहेंगे, जबकि अन्य अन्य अणुओं के साथ संयोजित होंगे। पदार्थ की अवस्थाओं को बदलने वाले अणुओं की कुल संख्या, और इन अणुओं की सांद्रता, मिश्रण प्रक्रिया के परिणाम हैं। यदि एक प्रकार का अणु दूसरे के साथ मिल जाता है, तो क्रिस्टल जाली में उनकी सापेक्ष स्थिति बदल जाती है, जिससे कुल अणु पदार्थ की उच्च या निम्न अवस्था में स्थानांतरित हो जाता है।
द्रव और ठोस दोनों प्रकार की अवस्थाओं के कुछ उदाहरणों में ऑक्सीजन, सल्फ्यूरिक अम्ल, कार्बन डाइऑक्साइड, नाइट्रोजन, ऑक्सीजन और पानी शामिल हैं। पदार्थ की अवस्थाओं की संख्या नौ तक हो सकती है, लेकिन यह सबसे आम है। यहां चर्चा की गई पदार्थ की अवस्थाओं के अलावा, रासायनिक बंधन मौजूद हैं जो पदार्थों को एक साथ बांधते हैं, और ऊर्जा जिसमें प्रकाश शामिल होता है। एक रासायनिक बंधन किसी पदार्थ की एक मापनीय विशेषता है, क्योंकि यह एक विशेष यौगिक को उसकी परमाणु या उप-परमाणु संरचना देता है। कई मायनों में, हम जिस दुनिया में रहते हैं, वह विभिन्न परमाणु और आणविक संरचनाओं के यौगिकों से बनी है, और इनमें से प्रत्येक यौगिक में उनके परमाणु या आणविक निर्माण के लिए अद्वितीय विशेषताएं हैं।