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 por meio 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 se unem fortemente. A forma e o volume de um sólido geralmente são fixos. As forças que atraem as partículas umas para as outras são particularmente fortes em sólidos, mantendo-as próximas umas das outras em posições específicas. Isso ajuda a evitar que um sólido se quebre ou seja comprimido. A densidade do material sólido aumenta em temperaturas mais baixas. Quanto mais fria a temperatura, mais fracas são as vibrações das partículas, tornando-as ainda mais compactas. Os sólidos podem ser classificados como cristalinos, com partículas organizadas em padrões geométricos, ou podem ser classificados como sólidos amorfos. Os cristais em sólidos amorfos, como a argila, são dispostos de forma mais livre e aleatória, permitindo que a forma do material seja alterada.
Líquido
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Na fase líquida, as partículas que compõem uma substância têm mais liberdade de movimento. Este movimento é realizado através do ganho de energia térmica das partículas. A forma de um líquido é determinada pela forma de seu recipiente. Embora as partículas em um líquido não estejam unidas tão fortemente quanto as de um sólido, as substâncias líquidas não podem ser comprimidas. Partículas líquidas são mais energéticas do que partículas sólidas e podem se mover, mas apenas a uma certa distância de outras partículas. Ainda há uma força de atração que os mantém juntos frouxamente. Como as partículas estão mais separadas em um líquido, o volume de uma substância em sua fase líquida é maior do que seu volume em uma fase sólida.
Gás
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A forma e o volume de um gás são determinados pela forma e pelo volume de seu recipiente. No entanto, ao contrário de um sólido, um gás escapará se não houver tampa em seu recipiente. As partículas em um gás têm grande liberdade de movimento e não têm uma disposição ordenada. Isso ocorre porque as forças que atraem essas partículas umas às 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 se movem e se chocam.
Transição
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As transições de fase ocorrem devido a mudanças na temperatura, embora também sejam influenciadas pela pressão atmosférica. Um sólido se torna um líquido quando é aquecido até seu ponto de fusão, onde o calor fornece às partículas energia suficiente para afrouxar sua estrutura e se tornar um líquido. No ponto de ebulição, o calor fornece às partículas de um líquido energia suficiente para que aquelas na superfície de um líquido escapem da estrutura e vaporizem, movendo-se no ar como um gás. A baixa pressão atmosférica permite que os líquidos fervam a uma temperatura mais baixa. Para que o gás se torne líquido, ele deve esfriar o suficiente para que as partículas percam energia e se condensem; formando ligações firmes 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 firmes.