Les cristaux liquides sont un terme désignant des substances qui ne sont ni cristallines (solides) ni isotropes (liquides), mais quelque part entre les deux. Il existe trois types principaux, ou ce que l'on appelle scientifiquement les mésophases, de cristaux liquides qui peuvent être identifiés par leurs différentes quantités d'ordre moléculaire et de positionnement. Cet arrangement de molécules est ce qui rend la substance plus solide ou liquide.
La phase nématique est la forme la plus simple de cristal liquide et est la phase dans laquelle les molécules de cristal n'ont pas de position ordonnée et sont libres de se déplacer dans n'importe quel sens. Cependant, alors qu'elles n'ont pas d'ordre spécifique, au cours de cette phase, les molécules ont tendance à pointer dans la même direction, ce qui la différencie d'un liquide pur. Les cristaux liquides dans cette phase peuvent être caractérisés par leur aspect filiforme lorsqu'ils sont observés au microscope. L'utilisation de cristaux liquides nématiques est courante dans les lentilles de télescope car elle permet d'obtenir une image claire lorsque les chercheurs sont confrontés à des turbulences atmosphériques.
La phase smectique des cristaux liquides, qui est définie comme étant équivalente au résidu glissant et épais trouvé au fond de porte-savons, se caractérise par un léger degré d'ordre de translation dans les molécules de cristal qui ne se trouve pas dans le nématique phase. Tout en gardant une orientation similaire et pointant dans la même direction que les molécules des cristaux liquides nématiques, dans cette phase, les molécules ont tendance à s'aligner en couches. Alors que ces couches dans leur ensemble se déplacent librement, le mouvement à l'intérieur des couches est restreint; par conséquent, il crée une substance légèrement plus solide. Les cristaux liquides smectiques ont un temps de réponse électro-optique rapide et, de ce fait, sont utilisés, avec les cristaux liquides nématiques, pour produire des écrans d'affichage à cristaux liquides (LCD).
La phase cholestérique, également appelée phase nématique chirale, est caractérisée par l'alignement des molécules et à un léger angle les uns par rapport aux autres, empilés dans des couches très minces - c'est la dernière phase avant qu'une substance ne devienne cristalline, ou solide. Ce type de cristal liquide a également la particularité de changer de couleur lorsqu'il est exposé à différentes températures. C'est pour cette raison que les cristaux liquides cholestériques sont utilisés dans les articles ménagers courants tels que les thermomètres et les bagues d'humeur.