Os materiais têm uma forma sólida, líquida e gasosa. Cada uma dessas formas é conhecida como uma fase da matéria. Em cada uma de suas fases, as partículas de uma substância se comportam de maneira muito diferente. Uma substância pode mudar de uma fase para outra através do que é conhecido como transição de fase. Essas transições de fase são principalmente o resultado de mudanças de temperatura.

Sólido

Quando um material está em sua fase sólida, as moléculas são unidas firmemente. A forma e o volume de um sólido geralmente são fixos. As forças que atraem as partículas umas às outras são particularmente fortes em sólidos, mantendo-as juntas em posições específicas. Isso ajuda a impedir que um sólido se parta ou seja comprimido. A densidade do material sólido aumenta a temperaturas mais baixas. Quanto mais fria a temperatura, mais fracas as vibrações das partículas, fazendo com que elas se encaixem ainda mais. Os sólidos podem ser classificados como cristalinos, com partículas dispostas firmemente em padrões geométricos, ou podem ser classificadas como sólidos amorfos. Os cristais em sólidos amorfos, como a argila, são organizados de forma mais frouxa e aleatória, permitindo que a forma do material seja alterada.

Líquido

Na sua fase líquida, as partículas que compõem uma substância tem mais liberdade de movimento. Este movimento é conseguido através das partículas que ganham energia térmica. A forma de um líquido é determinada pela forma do seu recipiente. Embora as partículas em um líquido não estejam ligadas tão firmemente quanto aquelas em um sólido, substâncias líquidas não podem ser comprimidas. As partículas líquidas são mais energéticas que as partículas sólidas e podem se movimentar, mas apenas a uma certa distância de outras partículas. Ainda há uma força de atração que os mantém juntos. Como as partículas estão mais afastadas em um líquido, o volume de uma substância em sua fase líquida é maior que seu volume em uma fase sólida.

Gás

A forma e o volume de um gás são determinados pela forma e volume do seu recipiente. No entanto, ao contrário de um sólido, um gás irá escapar se não houver tampa em seu recipiente. As partículas em um gás têm muita liberdade de movimento e não possuem um arranjo ordenado. Isso ocorre porque as forças que atraem essas partículas umas para as outras são fracas ou ausentes na fase gasosa. As partículas de gás têm uma grande quantidade de energia cinética, que é continuamente passada entre as partículas à medida que elas se movem e se chocam umas com as outras.

As transições de fase ocorrem devido a mudanças de temperatura, embora eles também sejam influenciados pela pressão atmosférica. Um sólido se torna um líquido quando é aquecido ao seu ponto de fusão, onde o calor dá às partículas energia suficiente para soltar sua estrutura e se tornar um líquido. No ponto de ebulição, o calor fornece às partículas uma energia suficientemente líquida para que aqueles na superfície de um líquido escapem da estrutura e se vaporizem, movendo-se para o ar como um gás. A baixa pressão atmosférica permite que os líquidos fervam a uma temperatura mais baixa. Para o gás se tornar um líquido, ele deve esfriar o suficiente para que as partículas percam energia e se condensem; formando ligações apertadas o suficiente para manter uma forma líquida. Para um líquido se tornar um sólido, ele deve congelar para que as partículas tenham muito pouca energia e sejam unidas por ligações muito estreitas.