La matière est constituée d'atomes, et les propriétés caractéristiques de la matière dépendent des interactions entre ces atomes. À l'échelle microscopique, les atomes sont composés de particules élémentaires : protons, neutrons et électrons. Les protons et les neutrons forment le noyau, dense et positif, autour duquel se déplacent les électrons selon des trajectoires probabilistes décrites par la mécanique quantique.

Le modèle de Bohr, bien que simplifié, décrit les électrons en orbites circulaires autour du noyau, où chaque orbite correspond à un niveau d'énergie quantifié. Cependant, le véritable comportement des électrons est mieux expliqué par le modèle quantique, introduit plus tard, avec les électrons se trouvant dans des orbitales, qui sont des régions de probabilité plutôt que des trajectoires fixes.

Les atomes s'assemblent pour former des molécules grâce aux liaisons chimiques, résultant principalement des interactions électrostatiques entre électrons et noyaux. Les liaisons covalentes, où des paires d'électrons sont partagées entre atomes, sont fondamentales. Les liaisons ioniques, résultant de l'attraction entre ions de charges opposées, et les liaisons hydrogène, faibles interactions spécifiques, jouent également un rôle clé dans la structure de la matière.

La matière peut exister sous différents états : solide, liquide, gaz et plasma. À l'échelle microscopique, ces états sont caractérisés par les mouvements et les forces d'interaction entre les particules. Dans les solides, les atomes ou molécules sont fortement liés. Les liquides possèdent des liaisons plus flexibles, permettant aux particules de glisser les unes sur les autres. Dans les gaz, les particules sont éloignées et en mouvement rapide. Le plasma, un état ionisé, contient des particules chargées électroniquement, influencées par les champs électriques et magnétiques.