在所有的固体中，原子靠键结合在一起。键使固体具有强度和相应的电学和热学性能。例如，强的键导致高熔点、高弹性模量、较短的原子间距和较低的热膨胀系数。

固态物质按其原子（离子、分子）的聚集状态可分为晶体和非晶体两大类。所谓晶体是指原子（离子、分子）在三维空间有规则的周期性重复排列的物体，其排列的方式称为晶体结构，如天然金刚石、水晶、氯化钠等。原子（离子、分子）在空间无规则排列的物体称为非晶体，如普通玻璃、松香、石蜡等。

人类生活在地球上，地球给予人类的是一个限定的自然环境。自古至今，人类所用的物质和材料均来自于地球，如植物、矿物、生物，甚至包括人类本身，都是在地球这一自然环境下的产物。自然界里所有物质都是由为数不过一百余种的化学元素所构成。人类使用的天然材料和人造材料所用的原料均取自于地球。

我们周围到处都是材料，它们不仅存在于我们的现实生活中，而且也扎根于我们的文化和思想领域。事实上，材料与人类的出现和进化有着密切的联系，因而它们的名字已经作为人类文明的标志。例如，石器时代、青铜时代和铁器时代。目前，天然材料和人造材料已经成为我们生活中不可分割的组成部分，材料已经与食物、居住空间、能源和信息并列一起组成人类的基本资源。材料确实是我们社会中不可缺少的部分，它们不仅在我们的日常生活中，而且在国家的昌盛和安全中也起着举足轻重的作用。因此，世界各国对材料科学都非常重视，并使之成为衡量一个国家科学技术、经济水平及综合国力的重要标志之一。