Bir fizik terimi olarak maddenin hâli, maddenin aldığı farklı fazlardır. Günlük hayatta maddenin dört farklı hâl aldığı görülür. Bunlar; katı, sıvı, gaz ve plazmadır. Maddenin başka hâlleri de bilinir. Örneğin; Bose-Einstein yoğunlaşması ve nötron-dejeneje maddesi. Fakat bu hâller olağanüstü durumlarda gerçekleşir, çok soğuk ya da çok yoğun maddelerde. Maddenin diğer hâllerininde, örneğin quark-gluon plazmalar, mümkün olduğuna inanılır fakat şu an sadece teorik olarak bilinir. Tarihsel olarak, maddenin özelliklerindeki niteleyici farklılıklara dayanarak ayrım yapılır. Katı hâldeki madde bileşen parçaları ile bir arada tutulur ve böylece sabit hacim ve şeklini korur. Sıvı hâldeki madde hacmini korur fakat bulunduğu kabın şeklini alır. Bu parçalar bir arada tutulur ama hareketleri serbesttir. Gaz hâlindeki madde ise hem hacim olarak hem de şekil olarak bulunduğu kaba ayak uydurur.Bu parçalar ne beraber ne de sabit bir yerde tutulur. Maddenin plazma hâli ise, nötr atomlarda dahil, hacim ve şekil olarak tutarsızdır. Serbestçe ilerleyen önemli sayıda iyon ve elektron içerirler. Plazma, evrende maddenin en yaygın şekilde görülen hâlidir.
Kristal, billur ya da kesme cam, kimyadaki katı haldeki bir elementin veya bileşiğin, molekül, atom veya iyon yığınlarının (paketinin) kesin geometrik bir yapı göstermesidir.
Katı, maddenin atomları arasındaki boşluğun en az olduğu halidir. "Katı" olarak adlandırılan bu haldeki maddelerin kütlesi, hacmi ve şekli belirlidir. Bir dış etkiye maruz kalmadıkça değişmez. Sıvıların aksine katılar akışkan değildir. Fiziksel yollarla, diğer üç hal olan sıvı, gaz ve plazmaya dönüştürülebilirler. Altın demir gibi madenler katı maddelere örnektir. Ayrıca katı maddeler atomlarının en yavaş hareket edebildiği haldir. Doğa'da amorf veya kristal yapıda bulunurlar. Amorf katılar maddenin taneciklerinin düzensiz olma durumudur. Kristal katılar ise de maddenin taneciklerinin düzenli olma durumudur. Kristal katılar da aralarında 4'e ayrılır.
Kimyasal bağ, atomların veya iyonların molekülleri, kristalleri ve diğer yapıları oluşturmak üzere birleşmesidir. Bağ, iyonik bağlar'da olduğu gibi zıt yüklü iyonlar arasındaki elektrostatik kuvvetten veya kovalent bağ'larda olduğu gibi elektronların paylaşılmasından veya bu etkilerin bazı kombinasyonlarından kaynaklanabilir. Açıklanan kimyasal bağların farklı mukavemetleri vardır: kovalent, iyonik ve metalik bağlar gibi "güçlü bağlar" veya "birincil bağlar" ve dipol-dipol etkileşimleri, London dağılım kuvveti ve hidrojen bağı gibi "zayıf bağlar" veya "ikincil bağlar" vardır.
Alaşım, bir metal elementin en az bir başka element ile birleşmesiyle oluşan homojen karışımıdır. Elde edilen malzeme yine metal karakterli malzeme olur. Alaşımlar karışıma giren metallerin özelliklerinden farklı özellikler gösterirler. En bilinen alaşımlara; tunç (bakır-kalay), pirinç (bakır-çinko), lehim (kalay-kurşun) ve cıva alaşımları olan amalgamlar örnek verilebilir. Alaşımlar, uygulamaların gerektirdiği fiziksel özelliklere sahip malzemeler üretilmesinde yaygın olarak kullanılır.
Enerji seviyesi, atom çekirdeğinin etrafında katman katman biçiminde bulunan kısımların her biridir. Bu yörüngelerde elektronlar bulunur. Yörüngenin numarası; 1, 2, 3, 4, ... gibi sayı değerlerini alabilir. Yörünge numarasına baş kuantum sayısı da denir ve "n" ile gösterilir. Yörünge numarası ile yörüngenin çekirdeğe uzaklığı doğru orantılıdır.
Kristal yapı, malzeme biliminde makroskopik olarak kristalli minerallerin yüzeyleri arasında, mikroskobik olarak ise çoğu katının atomları arasında görülen tekrarlı düzeni ifade eder. Mineraloji ve kristalografide kristaller, yüzey düzlemlerinin birbirlerine göre yerleşimi esas alınarak sınıflandırılırlar. Benzer bir örüntü, kristal yapılı katıların atomları ya da iyonları arasında da görülmekte ve yoğun madde fiziğinde yerleşik bir model olarak kullanılmaktadır.
John Bardeen, Amerikalı bir fizikçi. Nobel Fizik Ödülü'nü iki kez alan tek kişidir: ilk olarak 1956'da transistörün icadı için William Shockley ve Walter Brattain ile; ve yine 1972'de Leon Lenon N.Cooper ve John Robert Schrieffer ile BCS teorisi olarak bilinen geleneksel süperiletkenliğin temel teorisi için çalışmalar yürütmüştür.
Kafes bileşikleri, kafes (latis) bir yapı oluşturan bir tip molekülü ve onun içine hapsolmuş başka bir molekülden oluşan bir kimyasal maddedir. Eskiden klatrat kompleksi hidrokinonun içerme kompleksleri için kullanılırdı ama günümüzde bu terim, bir temel iskeleti oluşturan bir konak molekül ve ona moleküllerarası etkileşimlerle tutunmuş bir konuk molekülden oluşan pek çok zayıf birleşik için kullanılır. Klatratlara ayrıca konak-konuk bileşikleri, içerme bileşikleri ve katım da denir. Eskiden moleküler bileşik terimi de kullanılırdı.
Sıvı kristaller, sıvıların ve katı kristallerin özellikleri arasında özelliklere sahip olan kimyasal maddelerdir. Örneğin, bir sıvı kristal (SK) bir sıvı gibi akar ama molekülleri bir kristalinki gibi yönlüdür. Çeşitli sıvı kristal fazları vardır, bunlar çiftkırılım gibi optik özellikleri ile tanımlanırlar. Polarize ışıkla mikroskop altında incelendiklerinde farklı sıvı kristal fazları farklı kristal dokular gösterir. Bunlar SK moleküllerinin farklı yönlü oldukları bölgelere karşılık gelir. Bu bölgelerin her birinde moleküller aynı doğrultuya sahiptirler. SK malzemeler her zaman sıvı kristallik göstermezler.
Koaksiyel kablo radyo frekansta kullanılan bir kablo türüdür. Bu kablonun kesit alanı iç içe dört maddeden meydana gelir. En içte canlı hat, yani sinyali taşıyan hat vardır. Bu uç dielektrik sabiti yüksek bir yalıtkan ile çevrelenmiştir. Yalıtkanın çevresinde iletkenlerden oluşan bir örgü vardır. Bu örgü topraklanmıştır. En dışta ise koruyucu kılıf yer alır. Bu yapı koaksiyel kabloların kendi kalınlığındaki diğer kablolara göre daha elastiki olmalarını sağlar.
Grafen, karbon atomunun bal peteği örgülü yapılarından bir tanesine verilen isimdir.
Fonon, bir kristal örgüsünde bulunan atomların ortak titreşimlerinin nicesidir. Fiziksel olarak bir parçacık olmadığı için genellikle parçacığımsı olarak adlandırılır. Optik ve akustik fonon olmak üzere iki çeşidi bulunur. Optik fononların enerjileri daha yüksektir ve fotonla çiftleşmeleri daha kolay olur. Akustik fononlar ise daha düşük enerjilidir.
Dislokasyon ve diğer adıyla çizgisel kusur; malzeme biliminde, kristal yapıların atomsal dizilişlerinde bir çizgi boyunca görülen kusurlardır. Denge konumundan ayrılan atomlar sonucunda çizgi çevresinde artık gerilimler meydana gelir ve şekil değiştirme enerjisi depo edilir. Dislokasyonlar genellikle malzemelerin katılaşma sürecinde oluşmakla birlikte, plastik şekil değiştirme sırasında sayıları artar. Öte yandan boş köşelerin yığılması ve katı eriyiklerde görülen atomsal uyumsuzluk da bu kusurların oluşmasına sebep olabilir. Kenar dislokasyonu ve vida dislokasyonu olmak üzere iki ana dislokasyon türü vardır. Gerçekte ise bu iki dislokasyonun özellikleri bir arada görülür. Bu tür dislokasyonlara ise karışık dislokasyonlar adı verilmektedir.
Kristalografi olarak, kübik kristal sistemi, birim hücresi bir küp biçiminde olan kristal sistemidir. Bu kristal ve mineraller bulunan en yaygın ve basit şekillerden biridir. Bu kristallerin üç ana çeşidi vardır:
- Basit Kübik Kafes (cP)
- Hacim Merkezli Kübik Kafes,
- Yüzey Merkezli Kübik Kafes
X ışını kristalografisi bir kristalin atomik ve moleküler yapısını incelemek için kullanılan ve kristalleşmiş atomların bir X-ışını demetindeki ışınların kristale özel çeşitli yönlerde kırınımı olayına dayanan, bir yöntemdir. Kırınıma uğrayan bu demetlerin açılarını ve genliklerini ölçerek bir kristalografi uzmanı kristaldeki elektronların yoğunluğunun üç boyutlu bir görüntüsünü elde edebilir. Bu elektron yoğunluğundan kristaldeki atomların kimyasal bağları, kristal yapıdaki düzensizlikler ve bazı başka bilgilerle birlikte ortalama konumları tespit edilebilir.
Termodinamik'in üçüncü yasası bazen ‘mutlak sıfır sıcaklığında dengede olan sistemlerin özelliklerine ilişkin’ olarak şu şekilde tanımlanır:
Kristal yapıların atom veya molekül dizilimlerinde görülen çeşitli kusurlar vardır. Bu kusurlar noktasal, çizgisel, düzlemsel ve hacimsel olmak üzere dört ana başlığa ayrılmaktadır. Bu kusurların biçimi, boyutu, miktarı ve yeri maddenin özelliklerini direkt olarak etkilemektedir.
Katı hal fiziğinde, bir katının elektron kuşak yapısı ; katıdaki bir elektronun sahip olabileceği enerji aralıkları ya da sahip olamayacağı enerji aralıkları olarak tanımlanır. Enerji bant teorisi bu bant ve bant boşluklarını atom veya moleküllerin büyük periyodik kafeslerindeki bir elektron için, izinli kuantum mekaniksel dalga fonksiyonlarını inceleyerek çıkarır. Bant teorisi katıların birçok fiziksel özelliklerini; örneğin elektriksel direnç ve optik soğurum gibi, açıklamak için başarılı bir biçimde kullanılmaktadır ve katı hal cihazları anlamanın temelini oluşturmaktadır.
Katı hal fiziğinde, kristal momentum veya kuasimomentum, momentuma okşak, kristal örgüde elektronlarla bağlı yöneydir. Bu örgünün dalga yöneyleri 
ile tanımlanır:
