Фізичний стан - це фізична форма, в якій матерія існує за певних термодинамічних умов (тобто при температурі та тиску). Кожен із станів характеризується різними фізичними властивостями. У найпростішому розподілі розрізняють чотири агрегатні стани: твердий, рідкий, газоподібний і плазмовий. Є також багато проміжних станів, таких як рідкі кристали та ті, що виникають в екстремальних умовах, таких як кваркова плазма. Залежно від розподілу можна виділити від кількох до навіть 500 різних агрегатних станів.
Переходи між окремими фазами, пов'язані з вимірною зміною ентропії даної матерії, що доводить перебудову будови складових її молекул.
Матерія у вигляді твердого тіла має постійний об'єм і форму, а її молекули, атоми або іони, що її складають, щільно упаковані. Міжмолекулярні зв'язки у твердих тілах настільки міцні, що перешкоджають вільному руху молекул. Вони можуть коливатися, наприклад, під дією теплової енергії, що у випадку металів спостерігається як теплове розширення - вібруючи, частинки збільшують відстань між собою, що призводить до незначної зміни об'єму тіла.
Термін "тверде тіло" насправді охоплює кілька типів агрегатних станів. До твердих тіл відносяться фази з сильно організованою структурою, тобто кристалічна фаза, пластичні кристали, кондикристали та квазікристали, а також аморфна фаза без певної структури. Пластичні кристали характеризуються тим, що, незважаючи на міцні міжмолекулярні зв'язки, що утворюють їх молекули мають здатність обертатися навколо власної осі. Молекули кристалів кондису можуть змінювати свою конформацію, а квазікристали мають впорядковану структуру, але порядок нерегулярний. Аморфна фаза, хоч і має видимі риси твердого тіла, за молекулярною структурою більше схожа на рідину. Частинки, що вибудовують таку структуру, не утворюють регулярної мережі, вони розташовані хаотично, але міцність міжмолекулярних зв'язків утримує їх на місці. Аморфні фази часто називають нескінченно в'язкими рідинами або застиглими рідинами.
Прикладаючи до твердого тіла перерізу силу, можна викликати в ньому напруги і оборотне або незворотне зміна форми, яке залежить від величини прикладеної сили і пружності самого тіла.
Рідка фаза має постійний об'єм (так само, як і тверда фаза несжимаема), але не має певної форми - рідина набуває форми судини, в якій вона знаходиться. Міжмолекулярні взаємодії досить сильні, щоб утримувати молекули близько один до одного, але досить слабкі, щоб дозволити їм вільно рухатися, що проявляється плинністю рідини. Міжмолекулярні зв'язки, що виникають у рідинах, є сили Ван-дер-Ваальса, водневі зв'язки та дипольні взаємодії. У рідинах далекого порядку молекул немає. Рідини разом з газами через їхню здатність текти називаються рідинами.
У рідкій фазі, як і в твердій фазі, можна виділити кілька окремих агрегатних станів, наприклад, надплинну фазу або рідкі кристали. Для надплинної фази характерна повна відсутність в'язкості. Цей стан є результатом деяких квантових явищ, що відбуваються в рідинах з дуже низькою температурою (близька абсолютного нуля). Рідкі кристали поєднують у собі риси рідини (здатність текти) і твердого тіла (наявність далекого порядку).
Важливими характеристиками рідини є такі параметри, як в'язкість, що характеризує внутрішнє тертя між шарами рідини, що рухаються, і поверхневий натяг, створюване в результаті дії міжмолекулярних сил.
Газова фаза серед згаданих досі характеризується найбільшою невпорядкованістю речовини. Завдяки дуже слабким міжмолекулярним взаємодіям (слабше кінетичної енергії самих частинок) молекули та атоми газової фази вільно переміщуються. Зіткнення між частинками пружні. Всі гази відрізняються високою стисливістю і, як і рідини, не мають певної форми - вони щільно заповнюють посудину, приймаючи таким чином його форму.
Цікавим явищем є надкритичний стан, що виникає після перевищення тиску та температури критичної точки (точки переходу фізичної системи з одного агрегатного стану до іншого). Має проміжні властивості між рідиною і газом — межа між цими двома фазами розмита.
Плазма, як і газ, не має певного обсягу та форми, і складові її частинки вільно переміщуються. Однак, на відміну від газової фази, плазма проводить електрику та генерує магнітне поле. Сприйнятливість плазми до електромагнітних сил зумовлена її структурою — вона складається з сильно іонізованих атомів або молекул та вільних електронів. Молекули, що входять до складу плазми, мають дуже велику енергію, тому зіткнення між ними не є пружними і призводять до іонізації або збудження. Перетворення газу на плазму може відбуватися під впливом екстремально високих температур або величезної різниці електричної напруги між двома точками простору. Плазма присутня в ядрах зірок. Більш того, можна розрізняти кваркову та нейтронну плазму, що складається з кварків та нейтронів відповідно.
