Az anyag három közös fázisa (vagy állapota) a gázok, a folyadékok és a szilárd anyagok. A három közül a gázok rendelkeznek a legkisebb sűrűséggel, nagymértékben összenyomhatók, és teljesen kitöltenek minden edényt, amelybe kerülnek. A gázok azért viselkednek így, mert a molekulák közötti erők viszonylag gyengék, így molekuláik a többi jelenlévő molekulától függetlenül folyamatosan mozognak. A szilárd anyagok ezzel szemben viszonylag sűrűek, merevek és összenyomhatatlanok, mivel a molekulák közötti erők olyan erősek, hogy a molekulák lényegében a helyükön vannak rögzítve. A folyadékok a szilárd anyagokhoz hasonlóan viszonylag sűrűek és összenyomhatatlanok, de a gázokhoz hasonlóan könnyen áramlanak, hogy alkalmazkodjanak a tartályuk alakjához. Ebből arra következtethetünk, hogy a folyadékok molekulaközi erőinek összege a gázok és a szilárd testek erői között van. A 10.1.1. ábra összehasonlítja a három halmazállapotot, és szemlélteti a molekuláris szintű különbségeket.

Az adott anyag állapota erősen függ a körülményektől. Például a H2O általában mindhárom állapotban megtalálható: szilárd jég, folyékony víz és vízgőz (a gáz halmazállapota). A legtöbb körülmények között a vízzel az élethez nélkülözhetetlen folyadékként találkozunk; iszunk belőle, főzünk vele, és fürödünk benne. Ha a hőmérséklet elég hideg ahhoz, hogy a folyadék jéggé alakuljon, akkor síelhetünk vagy korcsolyázhatunk rajta, hógolyót vagy hókúpot készíthetünk belőle, és még lakásokat is építhetünk belőle. VízgőzA gáz és a gőz közötti különbségtétel finom: a gőz kifejezés egy olyan anyag gáznemű formájára utal, amely normál körülmények között (25 °C, 1,0 atm) folyadék vagy szilárd anyag. A nitrogént (N2) és az oxigént (O2) tehát gáznak nevezzük, a légkörben lévő gáznemű vizet viszont vízgőznek. a belélegzett levegő egyik összetevője, és akkor keletkezik, amikor az ételek főzéséhez, kávé vagy tea készítéséhez vizet melegítünk. A 100 °C-nál magasabb hőmérsékleten keletkező vízgőzt gőznek nevezzük. A gőzt nagy gépek meghajtására használják, beleértve a villamosenergiát termelő turbinákat is. A víz három állapotának tulajdonságait a 10.1.1. táblázat foglalja össze

Az atomok, ionok és molekulák geometriai szerkezete, valamint fizikai és kémiai tulajdonságai általában nem függnek fizikai állapotuktól; a jég, a folyékony víz és a gőz egyes vízmolekulái például mind azonosak. Ezzel szemben egy anyag makroszkopikus tulajdonságai erősen függnek fizikai állapotától, amelyet a molekulák közötti erők és az olyan körülmények, mint a hőmérséklet és a nyomás határoznak meg.

A 10.1.2. ábra a periódusos rendszerben azoknak az elemeknek a helyét mutatja, amelyek általában gáznemű, folyékony és szilárd állapotban fordulnak elő. A hidrogén kivételével a természetben gázként előforduló elemek a periódusos rendszer jobb oldalán találhatók. Ezek közül az összes nemesgáz (18. csoport) egyatomos gáz, míg a többi gáznemű elem kétatomos molekula (H2, N2, O2, F2 és Cl2). Az oxigén egy második allotropot is alkothat, a rendkívül reaktív háromatomos ózonmolekulát (O3), amely szintén gáz. Ezzel szemben a bróm (mint Br2) és a higany (Hg) normál körülmények között (25°C és 1,0 atm, általában “szobahőmérséklet és -nyomás”) folyadékok. A gallium (Ga), amely csak 29,76°C-on olvad, egyszerűen folyadékká alakítható, ha egy edényt tartunk a kezünkben, vagy ha egy forró nyári napon egy nem légkondicionált helyiségben tartjuk. A többi elem normál körülmények között mind szilárd halmazállapotú.

Az eddig megismert elemek és vegyületek közül sokan jellemzően gázként fordulnak elő; a leggyakoribbak közül néhányat a 10.1.2. táblázat tartalmaz. A gáznemű anyagok közé tartozik számos bináris hidrid, például a hidrogénhalogenidek (HX); a kalcogének hidridjei; a 15. csoportba tartozó N, P és As elemek hidridjei; a 14. csoportba tartozó C, Si és Ge elemek hidridjei; és a diborán (B2H6). Ezenkívül a nemfémek számos egyszerű kovalens oxidja gáz, mint például a CO, CO2, NO, NO2, SO2, SO3 és ClO2. Sok kis molekulatömegű szerves vegyület is gáz, beleértve az összes négy vagy kevesebb szénatomos szénhidrogént és olyan egyszerű molekulákat, mint a dimetil-éter , a metil-klorid (CH3Cl), a formaldehid (CH2O) és az acetaldehid (CH3CHO). Végül a hűtőközegek, mint például a fluorozott-klórozott szénhidrogének (CFC-k) és a hidroklórfluorozott szénhidrogének (HCFC-k) olyan gázok, amelyek sűrítéssel könnyen cseppfolyósíthatók, a folyadékok pedig a folyadékok nyomásának csökkentésével gázokká alakíthatók. A hűtőszekrény belsejében lévő csövekben a folyadékból gázzá történő fázisátalakulás hűti, míg a hűtőszekrény alján vagy hátulján lévő tekercsekben történő kompresszió felmelegíti a helyiséget. Az ammónia és a SO2 más összenyomható gázok, amelyeket hűtőközegként használtak, de mérgező jellegük miatt nem használhatók házakban. Az ammóniát még mindig használják hűtőközegként a nagy kereskedelmi létesítményekben hatékonysága és alacsony költsége miatt.

A korábban említett összes gáznemű anyag (az egyatomos nemesgázok kivételével) kovalens vagy poláris kovalens kötéseket tartalmaz, és nem poláris vagy poláris molekulák. Ezzel szemben az ionos vegyületek, mint például a NaBr (forráspont = 1390°C) vagy a LiF (forráspont = 1673°C) erős elektrosztatikus vonzása miatt szobahőmérsékleten és nyomáson nem léteznek gázként. Ezenkívül bármely vegyületcsalád legkönnyebb tagjai valószínűleg gázok, és a poláris vegyületek forráspontja általában magasabb, mint a hasonló molekulatömegű nem poláris vegyületeké. Ezért egy adott vegyületsorozatban a legkönnyebb és legkevésbé poláris tagok azok, amelyek a legnagyobb valószínűséggel gázok. Viszonylag kevés kivételtől eltekintve azonban a 2. periódusból vagy alatta lévő körülbelül ötnél több atomot tartalmazó vegyületek túl nehezek ahhoz, hogy normál körülmények között gázként létezzenek.

Míg a gázok felhasználási területei széles skálán mozognak, a gáznemű anyagok különösen zord felhasználásáról úgy tartják, hogy a perzsák a Kr. u. III. században a kelet-szíriai Dura római városán alkalmazták. A perzsák alagutat ástak a városfal alatt, hogy behatoljanak a városba és elfoglalják azt. A régészeti bizonyítékok arra utalnak, hogy amikor a rómaiak ellenalagutakkal válaszoltak az ostrom megállítására, a perzsák bitument és kénkristályokat gyújtottak meg, hogy sűrű, mérgező gázt állítsanak elő. Valószínű, hogy fújtatók vagy kémények terjesztették a mérgező gőzöket. A városfal tövében, egy kevesebb mint 2 m magas és 11 m hosszú alagút bejáratánál mintegy 20 római katona maradványait fedezték fel. Mivel nagyon valószínűtlen, hogy a perzsák ennyi rómait lemészárolhattak volna egy ilyen szűk hely bejáratánál, a régészek azt feltételezik, hogy az ókori perzsák vegyi hadviselést alkalmaztak a város sikeres meghódításához.