L'état solide est l'un des états fondamentaux de la matière, avec l'état gazeux et l'état liquide. Dans l'état solide, les atomes constitutifs d'un corps donné sont maintenus étroitement rapprochés les uns des autres par des forces de cohésion, et à des positions déterminées. La découverte de la structure atomique du solide a donné naissance au début du siècle à une discipline nouvelle : la physique du solide.

Solides et cristallisation.

Mettant à profit une technique d'investigation telle que la diffraction des rayons X par les cristaux, la physique du solide a montré que la grande majorité des corps solides est constituée de petits cristaux agrégés les uns aux autres. Au sein de chaque cristal, des milliards d'atomes assurent la véritable structure du corps solide. Des solides d'apparence différente peuvent, du point de vue atomique, être des corps identiques ; c'est le cas du graphite et du diamant, qui sont deux variétés de carbone.

La répétition régulière d'un même motif d'atomes suivant trois directions de l'espace est caractéristique des cristaux. Cette géométrie microscopique est souvent visible à l'œil nu. Un cristal de glace montre ainsi la symétrie hexagonale de l'arrangement dans l'espace de ses molécules d'eau. La parfaite périodicité d'un cristal se trouve parfois interrompue par la présence de défauts, de dislocations ou d'impuretés qui ont une influence déterminante sur ses propriétés physiques.

Sur de « longues distances » à l'échelle atomique, l'ordre du modèle cristallin disparaît totalement chez les solides « amorphes », dont les atomes ou molécules sont disposés arbitrairement. Il existe aussi des matériaux présentant toutes les apparences de l'état solide, comme le verre, qui sont en réalité dans un état intermédiaire entre solide et liquide. Les cristaux liquides, enfin, sont constitués de molécules dont le degré d'organisation rappelle l'état solide.

Influence de la température.

Aux très basses températures, c'est-à-dire au voisinage de - 273 °C, le zéro absolu, tous les corps se trouvent à l'état solide. Leurs atomes, rigidement liés les uns aux autres, tendent vers une immobilité parfaite. Si la température augmente, ils sont soumis à une agitation thermique croissante ; chacun d'eux vibre autour d'une position moyenne invariable jusqu'à ce que, le point de fusion étant atteint, l'agitation thermique surpasse les forces qui assurent leur cohésion. Le corps passe alors à l'état liquide.