تمام موادی را که جهان از آنها ترکیب یافته است، بر روی هم ماده می‌گوییم. ماده را می‌توان به‌صورت چیزی تعریف کرد که جرم دارد و فضا اشغال می‌کند. جرم ، پیمانه ای از کمیت ماده است. جسمی که تحت تاثیر نیروی خارجی نیست، مایل است که به حال سکون بماند و اگر در حال حرکت باشد، مایل است که به حرکت یکنواخت خود در همان جهتی که دارد، ادامه دهد. این خاصیت ، اینرسی نامیده می‌شود. جرم متناسب با اینرسی آن است.
وزن ماده
جرم یک جسم ، تغییرناپذیر است، اما وزن آن چنین نیست. وزن ، نیروی جاذبه گرانشی است که از طرف زمین بر جسم وارد می‌شود. بنابراین وزن یک جسم معین برحسب فاصله آن از مرکز زمین تغییر می‌کند. وزن یک جسم با جرم آن و با جاذبه گرانشی زمین نسبت مستقیم دارد. بنابراین ، در هر جای معین ، دو جسم که جرم مساوی داشته باشند، وزن آنها با هم برابر است .
عنصر
یونانیان باستان به این مفهوم رسیده بودند که کل ماده ، از تعداد محدودی مواد ساده که آنها را عمنصر می‌نامیدند، ترکیب یافته است. یونانیان ، کل ماده موجود در زمین را مشتق از چهار عنصر خاک ، هوا ، آتش و آب می‌دانستند. از آنجا که اجرام آسمانی ، کامل و تغییرناپذیر دانسته می‌شد، آنان جرم فلکی را مرکب از عنصر پنجمی به نام اتر در نظر می‌گرفتند. اتر بعدا به نام quinessence (از واژه لاتین به معنی عنصر پنجم) معروف شد.
این نظریه یونانی ، قرنها تسلط خود را بر اندیشه‌های علمی حفظ کرد. در سال 1661 ، "رابرت بویل" در کتاب خود زیر عنوان شیمیدان شکاک ، تعریف کاملا جدید برای عنصر ارائه کرد: ««اکنون منظور من از عناصر ، اجسام اولیه و ساده یا کاملا غیر آمیخته ای است که از هیچ گونه اجسام یا از یکدیگر ساخته نشده باشند. آنها اجزای اجسامی هستند که وقتی کاملا با هم آمیخته شوند، فورا با هم ترکیب می شوند و آن اجسام در نهایت به این اجزا تجزیه می‌شوند.»»
بویل برای مشخص کردن این مواد خامی که عنصر می‌نامیدند، اقدامی نکرد. اما او تاکید می‌کرد که دلیل وجود این عناصر ، همچنین تشخیص آنها موکول به آزمایش شیمیایی است. مفهومی که بویل از عنصر شیمیایی بدست آورده بود، در سده بعد بوسیله "آنتوان لاوازیه" به نحوی پابرجا استقرار یافت. لاوازیه ماده ای را به عنوان عنصر پذیرفت که به مواد ساده تری تجزیه نشود. علاوه بر این ، او نشان داد که یک ماده مرکب از اتحاد عناصر تولید می‌شود. لاوازیه 23 عنصر را بدرستی مشخص کرد ( گرچه او نور ، گرما و چند ماده مرکب ساده را پیوست فهرست خود کرده بود).
هر عنصر ، بنابر موافقت بین‌المللی ، با یک نماد شیمیاییی نشان داده می‌شود. غالب این نمادها ، مرکب از یک یا دو حرف است. نمادهای سه‌حرفی برای غالب عناصری که اخیرا کشف و از طریق واکنشهای هسته‌ای تهیه شده‌اند، بکار برده می‌شوند.
مواد مرکب
مواد مرکب ، موادی هستند که از دو یا چند عنصر به نسبت ثابت ترکیب یافته‌اند. قانون نسبتهای مشخص ( که نخستین بار در 1799 بوسیله "ژوزف پروست" پیشنهاد شد ) می‌گوید که یک ماده مرکب خالص همواره از عناصر یکسان و با نسبت جرمی یکسان ترکیب یافته‌اند. مثلا آب همیشه از عناصر هیدروژن و اکسیژن به نسبت %11.19 هیدروژن و %88.81 اکسیژن تولید می‌شود.
بیش از دوازده هزار ماده مرکب معدنی شناخته شده است و بیش از چهار میلیون ماده سنتز شده یا از منابع طبیعی بدست آمده‌اند. خواص ماده مرکب با خواص عناصر تشکیل دهنده این مواد کاملا متفاوت است.
ماده خالص و مخلوط
یک عنصر یا یک ماده مرکب را ماده خالص می‌گویند. تمام انواع دیگر ماده مخلوط هستند. مخلوطها از دو یا چند ماده خالص تولید می‌شوند و ترکیب درصدهای قابل تغییر دارند. خواص یک مخلوط بستگی به ترکیب درصد مخلوط و خواص مواد خالصی دارد که آن مخلوط را بوجود آورده‌اند. دو نوع مخلوط وجود دارد: مخلوط ناهمگن ، مخلوط همگن. مخلوط ناهمگن ، کاملا یکنواخت نیست، بلکه مرکب از اجزایی است که از لحاظ فیزیکی متمایز از یکدیگرند. مخلوط همگن کاملا یکنواخت به نظر می‌رسد و آن را محلول می‌گویند. هوا ، نمک حل شده در آب و آلیاژ نقره- طلا ، بترتیب نمونه‌هایی از یک محلول گازی ، یک محلول مایع و یک محلول جامد است.
فاز
بخشی از ماده را که از لحاظ فیزیکی مشخص و ترکیب درصد و خواص آن تماما یکنواخت باشد، فاز می‌گویند. مواد همگن تنها مرکب از یک فاز هستند و مواد ناهمگن بیش از یک فاز دارند. فازهای مخلوط‌های ناهمگن ، حدود مشخص دارند و معمولا به‌آسانی قابل تمیزند. مثلا در گرانیت که یک مخلوط ناهمگن است، بلورهای صورتی رنگ فلدسپار ، بلورهای کوارتز بی‌رنگ و بلورهای سیاه و درخشان میکا قابل تشخیص است.
وقتی تعداد فازهای یک نمونه معین شود، تمام بخشهایی از آن که از یک نوع‌اند، تنها یک فاز به حساب می‌آیند.بنابراین ، گرانیت مرکب از سه فاز است. البته اجزای نسبی سه فاز گرانیت ممکن است از نمونه ای به نمونه دیگر تفاوت داشته باشند
حالات ماده
از وارسی مخلوطها و مواد خالص سه حالت از چهار حالت ماده ، به آسانی مشخص می‌شود که این سه حالت عبارتند از: جامدات ، مایعات و گازها. پلاسما حالت چهارم ماده است. پلاسما ، حالت معمول مواد موجود در زندگی روزمره ما نیست، ولی متداولترین حالت ماده در جهان است.
دید کلی
یونانیان باستان ، عالم را متشکل از چهار عنصر آتش ، خاک ، آب و هوا می‌دانستند. امروزه دانشمندان بکمک این عناصر ، تمام اجزای تشکیل دهنده جهان را آن طور که هست ، توضیح می‌دهند. آتش بیانگر انرژی بوده و سه عنصر دیگر نشان دهنده سه حالت از ماده جامد ، مایع و گاز) می‌باشند. بر طبق این تقسیم بندی ، مواد جامد دارای شکل و ابعاد مشخصی بوده و همچنین جرم ، حجم و وزن مشخصی دارند.
مایعات و گازها شاره هستند، یعنی جریان می‌یابند. این اجسام شکل معینی ندارند و شکل ظرفی را که در آن قرار دارند بخود می‌گیرند، در حالیکه مقدار معینی دارند. مثلا مقدار آب ، دی اکسید کربن ، هوا ، شیر و غیره جرم قابل اندازه گیری و معینی دارند، اما نمی‌توانند همانند جامدات با اعمال نیروی پس زنی کشانی ، در مقابل تغییر شکل ، مقاومت کنند.
آزمایشات ساده
مقدار معینی مایع ، حجم مشخصی دارد، گاز چنین نیست. اگر یک لیتر شیر را در چهار لیوان بریزیم، در مجموع همان یک لیتر حجم را اشغال می‌کند. حجم اشغال شده توسط سطح افقی بالای شیر در لیوان مشخص می‌شود. همین سطح است که باعث تمایز مایعات از گازها می‌شود.
اگر گاز سنگین و قابل روئیت (رنگی) کلر را از ظرفی به ظرف دیگر بریزیم و در ظرف را باز بگذاریم ، گاز درون ظرف باقی نمی‌ماند. گازها همانند مایعات ، سطح افقی در بالای حجم اشغال کرده خود ندارند و در همه جا پخش می‌شوند. بنابراین ، حجم گاز برابرحجم هر ظرفی است که در آن قرار می‌گیرد.
جامد
در حالت جامد ، نیروهای بین مولکولی ، بقدری قویتر از انرژی جنبشی هستند که باعث سخت شدن جسم در نتیجه عدم جاری شدن آن می‌گردند. جامدات شکل و حجم معینی دارند. در جامدات فاصله مولکولها مانند فاصله آنها در مایع است. جامدات نمی‌توانند مانند وضعیتی که حالات مایع و گاز دارند، آزادانه به اطراف حرکت کنند. بلکه ، در جامد ، مولکولها در مکانهای خاصی قرار می‌گیرند و فقط می‌توانند در اطراف این مکانها حرکت نوسانی رفت و برگشتی بسیار کوچک انجام دهند.
این حرکت نوسانی ، بخصوص در جامدات بلورین ، کاربردهای صنعتی و علمی زیادی را برای این دسته از مواد به دنبال دارد.
مایع
در حالت مایع ، مولکولها بهم نزدیک‌تر بوده، بطوریکه نیروهای مابینشان قویتر از انرژی جنبشی آنان می‌باشد. از طرف دیگر ، نیروها آنقدر قوی نیستند که قادر به ممانعت از حرکت مولکولها گردند. از این روست که جریان مایع از ظرفی به ظرف دیگر شدنی است، اما نسبت سرعت جاری شدن آب در مقایسه با مایعات دیگر از قبیل روغنها و گلسیرین بسیار متفاوت است که این تفاوت در سرعت جاری شدن ، میزان مقاومت یک مایع در مقابل جاری شدن ،یعنی ویسکوزیته آن خوانده می شود که خود تابعی از شکل ، اندازه مولکولی ، درجه حرارت و فشار می‌باشد. بنابراین مایعات حجم معین و شکل نامعینی دارند.
فاصله مولکولها در مایعات در مقایسه با گازها بسیار کم است. در مایعات ، مولکولها به اطراف خود حرکت می‌کنند و به سهولت روی هم می‌لغزند و راحت جریان (شارش) پیدا می‌کنند. مواد مایع با قابلیت شکل پذیری و جریان یافتن در شبکه‌های ریز ، کاربردهای زیادی در صنعت پیدا کرده‌اند.
گاز
حالت فیزیکی مواد در شرایط فشار و درجه حرارت طبیعی ، بستگی به اندازه مولکولی و نیروهای فی‌مابین آن دارد. اگر مقدار کمی از یک گاز ، در یک تانک نسبتا بزرگی قرار گیرد، مولکولهای آن با سرعت در سرتاسر تانک پخش می‌شوند. پخش سریع مولکولهای گاز دلالت بر آن می‌کند که نیروهای موجود فی‌مابین مولکولها ، بمراتب ضعیفتر از انرژی جنبشی آن است و از آنجایی که ممکن است مقدار کمی از یک گاز در سرتاسر تانک یافت شود، نشان دهنده آن است که مولکولهای گاز باید نسبتا از هم فاصله گرفته باشند. بنابراین گازها شکل و حجمشان بستگی به ظرفی دارد که در آن جای دارند.
در حالت گازی ، مولکولها آزادانه به اطراف حرکت کرده و با یکدیگر و نیز با دیواره ظرف برخورد می‌کنند. فاصله مولکولها در حالت گازی در حدود چند ده برابر فاصله آنها در حالت مایع و جامد است. اگر در یک ظرف نوشابه پلاستیکی را بسته و آنرا متراکم کنید و سپس آنرا با آب پر کرده و دوباره سعی کنید که آنرا متراکم کنید، در حالت اول بعلت فاصله زیاد بین مولکولی در گاز ، متراکم کردن سنگین‌تر و سخت‌تر صورت می‌گیرد، در صورتی که در حالت دوم چنین نیست.
پلاسما
پلاسما حالت چهارمی از ماده است که دانش امروزی نتوانسته آنها را جزو سه حالت دیگر پندارد و مجبور شده آنرا حالت مستقلی به حساب آورد. این ماده با ماهیت محیط یونیزه ، ترکیبی از یونهای مثبت و الکترون با غلظت معین می‌باشد که مقدار الکترونها و یونهای مثبت در یک محیط پلاسما تقریبا برابر است و حالت پلاسمای مواد ، تقریبا حالت شبه خنثایی دارد. پدیده‌های طبیعی زیادی از جمله آتش ، خورشید ، ستارگان و غیره در رده حالت پلاسمایی ماده قرار می‌گیرند.
پلاسما شبیه به گاز است، ولی مرکب از ذرات باردار متحرکی به نام یون است. یونها بشدت تحت تاثیر نیروهای الکتریکی و مغناطیسی قرار می‌گیرند. مواد طبیعی در حالت پلاسما عبارتند از انواع شعله ، بخش خارجی جو زمین ، اتمسفر ستارگان ، بسیاری از مواد موجود در فضای سحابی و بخشی از دم ستاره دنباله‌دار و شفقهای قطبی شمالی. نمایش خیره کننده از حالت پلاسمایی ماده است که در میدان مغناطیسی جریان می‌یابد.
بد نیست بدانید که دانش امروزی حالات دیگری از جمله برهمکنش ضعیف و قوی هسته‌ای را نیز در دسته‌بندیها بعنوان حالات پنجم و ششم ماده بحساب می‌آورد که از این حالات در توجیه خواص نکلئون های هسته ، نیروهای هسته‌ای ، واکنش های هسته ای و در کل ((فیزیک ذرات بنیادی استفاده می‌شود.