La materia se puede clasificar de dos formas básicas: según su estado físico (como gas, líquido y sólido) y según su composición (como un elemento, un compuesto o una mezcla).

Una muestra de materia puede ser un gas, un líquido o un sólido. Estas tres formas de materia se denominan estados de la materia. Los estados de la materia se diferencian en alguna de sus propiedades observables simples. Un gas no tiene un volumen fijo o forma; se adapta al volumen y forma del recipiente que lo contiene. Un gas se puede comprimir para ocupar un volumen menor o se puede expandir para ocupar un volumen mayor. Un líquido tiene un volumen discreto independiente de su recipiente pero no tiene una forma específica. Por último, un sólido tiene tanto una forma concreta y un volumen definido. Los líquidos y los sólidos no pueden comprimirse de manera apreciable.

Las propiedades de los estados de la materia pueden entenderse a nivel molecular. En un gas, las moléculas estan muy separadas y se mueven a gran velocidad, colisionando entre ellas y con las paredes del recipiente. La compresión de un gas disminuye el espacio entre las moléculas, aumentando la frecuencia de las colisiones entre las moléculas, pero no cambia la forma ni el tamaño de las mismas. En un líquido las moléculas estan “empaquetadas” mucho mas juntas pero aún se mueven con rapidez. Este movimiento permite “resbalar” a unas moléculas sobre otras haciendo al líquido fluir con facilidad. En un sólido las moléculas están fuertemente unidas unas a otras, normalmente con disposiciones definidas, en las que las moléculas pueden oscilar muy poco en sus posiciones, de otra manera, fijas.

Cada sustancia tiene su conjunto único de propiedades que nos permiten diferenciarlas entre si. Las propiedades de la materia se pueden clasificar en físicas y químicas. Las propiedades físicas pueden observarse sin cambiar la identidad y composición de la sustancia. Estas propiedades incluyen el color, olor, densidad, punto de fusión, punto de ebullición, dureza, etc. Las propiedades químicas describen cómo una sustancia puede cambiar, o reaccionar, para formar otras sustancias. Una propiedad química común es la inflamabilidad, es decir, la habilidad de una sustancia para arder en presencia de oxígeno.

Algunas propiedades como la temperatura, punto de fusión o densidad, se denominan propiedades intensivas porque no dependen de la cantidad de muestra examinada; son muy útiles porque muchas de estas propiedades sirven para identificar las sustancias. Las propiedades extensivas de las sustancias dependen de la cantidad de muestra; a esta clase pertenecen, por ejemplo, la masa y el volumen. Las propiedades extensivas están relacionadas con la cantidad de sustancia presente en la muestra.

Los cambios que sufren las sustancias pueden clasificarse, igual que sus propiedades, en físicos o químicos. Durante un cambio físico las sustancias cambian su aspecto físico pero no su composición, es decir, es la misma sustancia antes y después del cambio. La conversión de un trozo de hielo en agua líquida es un cambio físico. Cuando el hielo funde, cambia del estado sólido al líquido, pero sigue constituido por moléculas de agua. Todos los cambios de estado (por ejemplo, de sólido a líquido o de líquido a gas) son cambios físicos.

En un cambio químico (llamado también reacción química) una sustancia se transforma en otra sustancia químicamente diferente. Por ejemplo, cuando el hidrógeno arde en el aire se transforma en una sustancia diferente porque se combina con el oxígeno para formar agua.