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.
Maddenin üç temel hâlinden biri. Gaz ya da sıvı hâldeki madde katı hâle dönüşürken maddeyi oluşturan atomlar daha düzenli bir üç boyutlu yapıya geçer ve atomların enerjisi azalır. Katı durumdaki bir maddenin atomları arasındaki boşluk azalır. Bu nedenle aralarındaki çekim kuvveti de artar. Katı maddelerin biçim değiştirebilmesi için dışarıdan bir kuvvetin etki etmesi gerekir. Maddenin bu kuvvete göstereceği direniş, onun dayanıklılığını gösterir. Her maddeye göre değişen bu dayanıklılık belli katsayılarla gösterilir. Maddenin dayanıklılık özelliklerini mekanik bilimi inceler. Katıdan sıvıya, sıvıdan gaza dönüşürken ısı verir, tam tersi gazdan sıvıya, sıvıdan katıya dönüşürken ısı alır. Isıların donması ve sert bir görünüm almasına denir. Ayrıca içine hava almayan katılar sıkışmazlar.
Sıvı, maddenin ana hallerinden biridir. Sıvılar, belli bir şekli olmayan maddelerdir, içine konuldukları
Sıvının hacmi, onun sıcaklık ve basıncına bağlıdır. Sıvılar iletkendir. Fakat iletkenlikleri içlerine konulan maddelerle değişebilir. Örnek: Su=yalıtkan Tuz+su=iletken şeker+su=yalıtkan
Gaz,maddenin üç halinden biridir. Bu haldeyken maddenin yoğunluğu çok az, akışkanlığı ise son derece fazladır. Gaz halindeki maddelerin belirli bir şekli ve hacmi yoktur.Katı bir madde ısıtıldığı zaman, katı halden sıvı, sıvı halden de gaz haline geçer. Bu duruma faz (safha) değişikliği denir. Sıvıyı meydana getiren tanecikler (atom veya moleküller) birbirlerini çeker. Sıvı ısıtıldığı zaman, tanecikler arasındaki çekim kuvveti yenilir ve tanecikler sıvı fazdan (ortamdan) ayrılarak gaz haline dönüşürler. Gazı meydana getiren tanecikler her yönde hareket edebilir ve bulundukları kabın halini alırlar. Gazlar birbiriyle her oranda karışabilir.Gazların birbiri ile oluşturdukları karışımlar homojendir. Hacimleri, dolayısıyla yoğunlukları basınç ve sıcaklığa tabidir. Genellikle gazın basınç veya sıcaklığının az miktarda değişmesi, gazın hacminde çok büyük değişiklikler meydana getirir. Bütün gazların genişleme ve sıkışma katsayıları aynıdır. Fakat sıvı ve katıların böyle bir özelliği yoktur. Bu yüzdendir ki, gazlar, katı ve sıvılardan daha kolay incelenir. Hareket halindeki gaz moleküllerinin (taneciklerinin), bulunduğu kabın cidarına (duvarına) çarpması sonucu meydana gelen etkiye, gazın basıncı denir. Bir silindir içindeki gaz, piston ile sıkıştırılırsa pistonun geri itildiği, ilk haline döndürülmek istendiği görülür ki, bu yukarıdaki olayın sonucudur. Pistonu ittirmek için yapılan iş, gazın basıncına karşı yapılan iştir. İzole halde yani çevreden yalıtılmış bir gaz, sıkıştırılınca ısınır. Sıkıştırılmış gaz genişletilirse soğur, yani yine bir iş yapar ve gaz moleküllerinin ortalama hızları düşer. Böylece basınç da azalmış olur.
