מעבר לכל התכונות הללו נמצא כי קיימים מאפיינים המשותפים לכל החומרים ביקום, וכי כל החומרים בנויים ממספר קטן של אבני יסוד (ראו גם מיון החלקיקים וכן חלקיק יסודי).
שאלת מבנה החומר, כלומר השאלה מהן אבני הבניין היסודיות של שפע החומרים הסובבים אותנו, העסיקה את האדם כבר מהעת העתיקה. כיום ידוע שהמבנה הבסיסי של החומר הוא המולקולה, שקובעת את תכונות החומר, אשר מורכבת מאטומים (שנקראים גם יסודות כימיים), ושהם בתורם מורכבים מחלקיקים קטנים יותר. שאלת המבנה הבסיסי ביותר של החומר עודנה פתוחה במדע.
החומר ביקום בו אנו חיים מורכב מאטומים (שלרוב מתחברים אחד לשני ליצירת מולקולות) ושני אלו אף יוצרים תערובות שונות.
תאוריה נוספת שנוצרה ביוון העתיקה היא האטומיזם של דמוקריטוס (עסקו בה גם לאוסיפוס ואפיקורוס), לפיה מורכבים החומרים בטבע מחלקיקים זעירים, שאותם כינה אטומים, להם זיזים ושקעים, המסוגלים להתחבר זה לזה (על-פי דמוקריטוס גם תכונות רוחניות היו מורכבות מאטומים).
"אטום" פירושו בלתי פריק, אך בסוף המאה ה-19 ובתחילת המאה ה-20 החל פיתוחן של תאוריות העוסקות במרכיבי האטום. בשנת 1897 גילה ג'יי ג'יי תומסון את החלקיק התת-אטומי הראשון – האלקטרון. בשנת 1918 גילה ארנסט רתרפורד את הפרוטון – מרכיב כבד של גרעין האטום, להבדיל מהאלקטרון הקל, הסובב את הגרעין. בשלהי 1932 גילה הפיזיקאיג'יימס צ'דוויק את הנייטרון, המרכיב גם הוא את גרעין האטום. בתחילה חשבו שגרעין האטום מורכב מפרוטונים ואלקטרונים מוגבלים (אותם המציאו כדי להסביר את ההבדל בין המספר האטומי למסה האטומית), אך לאחר מכן נתגלה כי הם מורכבים מפרוטונים ונייטרונים.
בשנות ה-50 וה-60 התפתחה פיזיקת החלקיקים ונתגלו סוגים רבים של חלקיקים, שזכו לכינוי "גן החיות של החלקיקים". המגוון הרחב הוביל לספק שחלקיקים אלה אכן מהווים חלקיקים יסודיים, ולשאלה ממה מורכבים חלקיקים אלה. בשנות ה-70 נוסח המודל הסטנדרטי, שבו קיומו של מספר רב כל-כך של חלקיקים הוסבר כצירופים של מספר קטן של חלקיקים יסודיים במודל הסטנדרטי של החלקיקים היסודיים.
כיום ידועים 17 חלקיקים יסודיים (ועוד אנטי חלקיק מתאים לכל אחד מהם). מתוכם שני קווארקים והאלקטרון מרכיבים את החומר הסובב אותנו ביום-יום, וארבעה אחרים מתווכים את כוחות היסוד בטבע (מלבד כוח הכבידה שאינו מתואר כיום באמצעות חלקיקים). ב-14 במרץ 2013 הודיעו הפיזיקאים במאיץ החלקיקים בשווייץ כי הם משוכנעים במידה רבה שהחלקיק אותו הם גילו הוא אכן בוזון היגס[1]. ניסויים במאיצי חלקיקים מתרכזים בחיפוש תשובה לשאלה, שעודנה נותרת פתוחה: האם קיימים חלקיקים יסודיים יותר, או שמא המודל הסטנדרטי מספק תשובה סופית למבנהו הבסיסי ביותר של החומר.
2. חומרים הנדסיים: חומרים סינתטיים, המיוצרים בידי האדם על ידי שילובים שונים של חומרי גלם, כמו:
תערובת מתקבלת על ידי ערבוב חומרי יסוד שונים, בתערובת כל חומר שומר על תכונותיו השונות, ניתן להשתמש בעובדה זו כדי להפריד את החומרים זה מזה בשיטות מכניות פשוטות, סלט פירות הוא דוגמה לתערובת, נפט גולמי (שממנו מפיקים דלק ושמנים שונים) הוא דוגמה נוספת לתערובת.
תרכובת היא צירוף של שני חומרי יסוד או יותר שבעקבותיו מתקבל חומר חדש, בעל תכונות חדשות ושונות מאלה של החומרים המרכבים. מים הם תרכובת הנוצרת מהתרכבות של שני גזים: מימן וחמצן.
סגסוגת (נתך) היא חומר מתכתי המתקבל מהתכה בתנור של שני יסודות או יותר שהעיקרי ביניהם הוא מתכת, לדוגמה פלדה, היא סגסוגת המורכבת מברזל בתוספת 1.5 אחוז פחמן ולעיתים תוספת מנגן לקבלת קשיחות וקפיצות, פליז היא סגסוגת המורכבת מנחושת ואבץ, מייצרים סגסוגת בתהליך של התכה וערבוב. כאשר החומר מתמצק מתקבלת הסגסוגת שהיא מתכת בעלת תכונות הרצויות ליוצר.
חומרים קראמיים הם חומרים בעלי יכולת עמידות בטמפרטורות גבוהות, המיוצרים על ידי קליית חרסית. בחומרים הקראמיים האטומים קשורים זה לזה בקשרים חזקים ויוצרים מבנה גבישי. מאחר שאין אלקטרונים חופשיים החומרים הקראמיים הם מוליכים גרועים של חום וחשמל ובעלי עמידות גבוהה בטמפרטורות גבוהות. דוגמאות לחומרים קרמיים: יהלום, גרפיט, כלי זכוכית, כלי חרס, בטון.
חומרים מרוכבים
חומר מרוכב – חומר מעשה האדם המיוצר משני חומרים (או יותר), השונים זה מזה בתכונותיהם ואינם מתערבבים זה בזה, חומר מרוכב מיוצר במטרה לקבל תכונות ואפיונים מיוחדים. חומרים מרוכבים הם קבוצות חומרים שבנויים משילוב של שניים או יותר חומרים. השילוב נעשה כך שנוצר חומר מרוכב שתכונות המבנה שלו משופרות בהשוואה לחומרי הבניין. אך ניתן לפירוק לחומרי היסוד. החומר המרוכב אינו תרכובת חדשה, כל אחד מהחומרים המשולבים בו שומר על זהותו ותכונותיו. עצם השילוב בין החומרים מביא לשיפור בתכונות המבנה, (לדוגמה שיפור בתכונות מכניות כמו חוזק).
חומר מרוכב יכול להיות
גרגרי – כמו בטון, בו גרגרי חצץ וגרגרי חול טבולים בתוך עיסת צמנט, העיסה כולה מתקשה ויוצרת חומר בעל חוזק.
סיבי – כמו בטון מזוין, בו יש מוטות ברזל סביבן יוצקים את עיסת הבטון.
שכבתי – כמו דיקט בו לוחות דקים מודבקים בעזרת שכבות דבק.
תכונות חומרים
פיזיקליות – תכונות הנובעות ממבנהו הפנימי של החומר ומתארות אותו.
מסה: גודל המתאר שתי תכונות של גוף: המדד להתמדתו של הגוף, ומידת המשיכה שלו. בהשאלה, משתמשים בחיי היום-יום במסה כמספר המתאר את הכמות של החומר בגוף כלשהו, והיא נמדדת לרוב באמצעות שקילה.
מגנטיות: מגנטיות היא תופעה פיזיקלית לפיה עצם המפיק שדה מגנטי, כגון חומר פרומגנטי מפעיל כוח דוחה או מושך על עצם אחר המפיק שדה מגנטי. חומרים שמראים תכונות מגנטיות בולטות הם ברזל, כמה מיני מתכות והמינרלמגנטיט; ברם, כל חומר מושפע בצורה זו או אחרת מנוכחות שדה מגנטי, רק שברוב המקרים ההשפעה קטנה מכדי להבחין בה ללא ציוד מיוחד.
דיונים על חומר, רוח והקשרים ביניהם, הם חלק משאלות המטאפיזיקה בפילוסופיה. הפילוסופים היווניים העלו השערות לגבי החומר והמהות שלו; תאלס, טען שהמים הם יסוד העולם, לאחר מכן, התגבשה תיאורית ארבעת היסודות של אמפדוקלס, ולעומתה הוצבה תורת האטומים של האסכולה האטומיסטית.
בתקופה המודרנית, פיתח רנה דקארט את רעיון ההפרדה בין רוח לחומר. פילוסופים רבים אחריו עסקו בהבדלים ובקשרים בין השניים, והעלו תאוריות שונות בנושא.
לאורך השנים, התפתחו הגישות המנוגדות באשר לתפיסת החומר; המטריאליזם מבטא את הגישה המייחסת חשיבות לדברים החומריים, והאידיאליזם מעלה על נס את הרעיונות והעולם הרוחני, ולצידם הדואליזם אשר מייחס חשיבות גם לרוח וגם לחומר.
