Toprak ve kayaçlar katı, denizler ve göllerde bulunan su sıvı, hava ise gaz hâlindedir. Kimya, yüzyıllarca maddenin bu üç hâli ile ilgilenmiş ve birbirlerine göre karşılaştırmalarını yapmıştır. Ancak 1930 yılından beri maddenin döndüncü hâlinden bahsedilmektedir. Bu fiziksel hâl, maddenin plazma hâlidir.
Maddelerin tanecikleri arasında bulunan zayıf etkileşimlerin farklı güçlerde olduğunu biliyoruz. Zayıf etkileşimler içinde hidrojen bağı en güçlü, London kuvvetleri ise en zayıf etkileşimlerdir. Bu sebeple farklı maddelerin erime ve kaynama noktaları çoğunlukla farklıdır. Doğada bulunan maddeler farklı erime ve kaynama noktalarına sahip oldukları için farklı fiziksel hâllerde bulunurlar. Bir taş parçası katı hâldeyken zeytinyağı sıvı, metan ise gaz hâlindedir.
Maddelerin tanecikleri arasında farklı güçteki çekim kuvvetlerinin bulunması, farklı fiziksel hâllerde bulunmalarını sağlar. Yeterli enerji alışverişi ile maddenin hâlleri arasında geçişler olması da Dünya’yı yaşanabilir bir gezegen hâline getirir.
Dünya’da en bol bulunan maddelerden birisi sudur. Su, hidrojen ve oksijen atomlarından oluşan, H2O molekül yapısında bulunan polar moleküllü bir maddedir. Su molekülleri arasında kaynama noktasında belirleyici olan hidrojen bağları bulunur. Suyun normal atmosfer basıncındaki (1 atm) erime noktası 0 °C, kaynama noktası ise 100 °C değerindedir
Su, bütün sıvılarda olduğu gibi sıvı olduğu her sıcaklıkta buharlaşabilen bir maddedir. Bunun için doğada 0 °C ve altındaki sıcaklıklarda katı hâlde, 0 °C ve üzerindeki sıcaklıklarda ise sıvı ve gaz hâlinde bulunur. Dünya yüzeyindeki sıcaklık değişimleri sayesinde su sürekli fiziksel hâlini değiştirerek bir döngü oluşturur.