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A matéria tem uma forma sólida, uma líquida e uma gasosa — os chamados estados físicos da matéria. Em cada um desses estados, as partículas da substância se comportam de uma forma muito diferente, e uma substância pode passar de um estado a outro através do que é conhecido como mudança de fase, que geralmente resulta de mudanças na temperatura.
Estado sólido
Quando uma matéria está no estado sólido, suas moléculas se encontram firmemente unidas — a forma e volume de um sólido geralmente são fixos. As forças que atraem as partículas entre si são particularmente fortes em sólidos, mantendo-os próximos e em posições específicas, o que ajuda a evitar que eles se quebrem ou sejam comprimidos. A densidade de um sólido aumenta com a diminuição da temperatura, ou seja, quanto mais frio, mais fracas são as vibrações das partículas, fazendo-as se unir ainda mais firmemente. Sólidos podem ser classificados como amorfos ou cristalinos — quando as partículas formam padrões geométricos. Os cristais em sólidos amorfos como a argila podem ser arrumados de forma mais livre e aleatória, permitindo que o material possa mudar de forma.
Estado líquido
No estado líquido, as partículas de uma substância se movimentam mais livremente depois de haverem ganhado energia térmica. A forma de um líquido é determinada pela forma de seu recipiente. Embora suas partículas não estejam tão unidas quanto em um sólido, ainda há, em substâncias líquidas, forças atrativas que unem suas moléculas de forma mais livre; além disso, as substâncias líquidas não são comprimíveis. As partículas de um líquido têm mais energia que as de um sólido e podem mover-se dentro de uma certa distância das outras e, como as partículas estão mais distantes em um líquido, o volume de uma substância em estado líquido é maior do que seu volume em estado sólido.
Estado gasoso
A forma e o volume de um gás são determinados pela forma e volume do recipiente em que está contido e, diferentemente do líquido, um gás escapará de seu recipiente caso não haja uma tampa. As partículas em um gás têm grande liberdade de movimento e não se organizam de forma ordenada porque as forças atrativas entre elas são fracas ou ausentes. As partículas de um gás têm uma grande quantidade de energia cinética, que é continuamente repassada entre elas enquanto se movem e batem umas nas outras.
Mudança de fase
As mudanças de fase ocorrem por conta de mudanças na temperatura e na pressão atmosférica. Um sólido torna-se líquido quanto é aquecido até o ponto de fusão, quando o calor dá às partículas energia suficiente para afrouxar sua estrutura e tornarem-se líquido. No ponto de ebulição, o calor dá a um líquido energia suficiente para que as partículas em sua superfície escapem da estrutura e se vaporizem, transformando-se em gás. Baixas pressões atmosféricas permitem também que um líquido ferva a uma temperatura menor. Para um gás tornar-se líquido, ele deve ser resfriado o suficiente para que suas partículas percam energia e se condensem, formando laços fortes o suficiente para prendê-las em estado líquido. Para um líquido tornar-se sólido, ele deve ser congelado, de forma que suas partículas tenham pouquíssima energia e se unam estreitamente.