Materia jest substancją, która ma bezwładność i zajmuje przestrzeń fizyczną. Według współczesnej fizyki, materia składa się z różnych typów cząstek, z których każda ma masę i rozmiar.
Najbardziej znanymi przykładami cząstek materialnych są elektron, proton i neutron. Kombinacje tych cząstek tworzą atomy. Istnieje ponad 100 różnych rodzajów atomów, z których każdy stanowi unikalny pierwiastek chemiczny. Kombinacja atomów tworzy cząsteczkę. Atomy i/lub cząsteczki mogą łączyć się ze sobą, tworząc związki.
Materia może istnieć w kilku stanach, zwanych również fazami. Trzy najbardziej powszechne stany to: stały, ciekły i gazowy. Pojedynczy element lub związek materii może istnieć w więcej niż jednym z tych trzech stanów, w zależności od temperatury i ciśnienia. Mniej znane stany materii to plazma, piana i kondensat Bosego-Einsteina. Stany te występują w specjalnych warunkach.
Różne rodzaje materii mogą się łączyć, tworząc substancje, które mogą nie przypominać żadnego z oryginalnych składników. Na przykład wodór (pierwiastek gazowy) i tlen (inny pierwiastek gazowy) łączą się, tworząc wodę (związek ciekły w temperaturze pokojowej). Proces takiego połączenia nazywa się reakcją chemiczną. Reakcja chemiczna obejmuje oddziaływania między elektronami atomów, ale nie wpływa na jądra atomów.
W niektórych sytuacjach materia jest przekształcana w energię w wyniku reakcji atomowych, zwanych również reakcjami jądrowymi. Ten typ reakcji różni się zasadniczo od reakcji chemicznej, ponieważ obejmuje zmiany w jądrach atomów. Najczęstszym przykładem reakcji atomowej jest fuzja wodoru, która zachodzi wewnątrz Słońca. Ogromne ciśnienie panujące wewnątrz Słońca i innych gwiazd powoduje, że atomy wodoru łączą się ze sobą, tworząc atomy helu. W tym procesie część masy jest zamieniana na energię zgodnie ze wzorem
E = mc 2
gdzie E to energia w dżulach, m to masa w kilogramach, a c to prędkość światła, która w próżni wynosi około 2,99792 x 10 8 metrów na sekundę.
W ostatnich latach naukowcy potwierdzili istnienie substancji zwanej antymaterią. Elektron ma bliźniaczą antycząstkę zwaną pozytonem, o równej masie, ale przeciwnym ładunku elektrycznym. Podobnie, proton ma bliźniaka z antymaterii zwanego antyprotonem, a neutron ma bliźniaka z antymaterii zwanego antyneutronem. Jeśli cząstka materii napotka swoją antycząstkę, obie są całkowicie zamieniane na energię, zgodnie z powyższym wzorem, gdzie m jest łączną masą cząstki i antycząstki. Małe ilości antymaterii zostały wyizolowane w warunkach laboratoryjnych, ale nikomu jeszcze nie udało się stworzyć kontrolowanej reakcji materii z antymaterią, ani nawet niekontrolowanej reakcji o znaczących rozmiarach.