电子能带源于晶体中大量原子态的相互作用-同种元素可以因晶体结构不同而性质迥异-金刚石与石墨的差异与碳原子连接方式有关

超导转变通常要求温度低于材料的临界温度。临界磁场和临界电流也会限制超导状态。库珀对是一种由相互作用关联形成的配对态。超流体可以呈现异常低黏性和量子涡旋现象。量子霍尔效应表现为霍尔电导的精确量子化。二维电子系统在强磁场中可出现特殊量子态。拓扑绝缘体可能具有导电表面与绝缘体相。拓扑性质关注某些连续变化下不改变的特征。

晶体具有原子排列在空间中的长程周期性。非晶材料缺少晶体那样的长程平移有序。晶格是描述周期结构的理想几何点阵。晶胞通过重复平移可以构建整个晶体结构。同种元素可以因晶体结构不同而性质迥异。金刚石与石墨的差异与碳原子连接方式有关。晶体缺陷会显著影响材料的力学和电学性质。

石墨烯由单层碳原子构成蜂窝状平面结构。二维材料的性质受到厚度和层间作用影响。纳米材料的表面效应常比宏观材料更加显著。量子点的能级结构会随尺寸改变而变化。材料硬度与韧性是不能相互替代的性质。脆性材料可能很硬却容易发生裂纹扩展。弹性形变在外力撤去后通常能够恢复。塑性形变会留下不能立即恢复的永久形状变化。