تمام مواد یک «نقطه سه گانه» (Triple Point) دارند. نقطه سه گانه یک ماده، نقطهای است که در آن، سه فاز ماده (جامد، مایع و گاز) به صورت همزمان با یکدیگر در حال تعادل ترمودینامیکی هستند
زیرا ما این چهار حالت ماده را مشاهده کرده ایم . ما نظریه های ریاضی به نام ترمودینامیک و مکانیک کوانتوم داریم که می تواند رفتار ماده را توصیف کند
چگونگی این اتفاق را می توان در مدل های ریاضی توضیح داد.
اتمها و مولکولها حالتهای متصل به خنثی هستند و از نظر ریاضی نیروهایی وجود دارند که جاذبه و دافعه ایجاد می کنند.
اتم ها کوانتیزه می شوند ، یعنی اتصالات دلخواه و پیوسته نیستند اما حالت های انرژی خاص پایدار هستند و سایر موارد پایدار نیستند
تمام این فرایندها با استفاده از الکترودینامیک کوانتومی و ترمودینامیک توضیح دارد
اساساً وجود حالات مختلف ماده به ارتباط دارد نیروهای بین مولکولی ، دمای محیط اطراف و خود و چگالی ماده مربوط می شود.
جامد: مولکول ها با مولکول های همسایه پیوند ایجاد می کنند ، تعداد بسیار کمی از این پیوندها در هر زمان شکسته می شوند.در کمترین حالت انرژی قرار دارند
مایع: بیشتر اوقات مولکول ها با مولکول های همسایه پیوند ایجاد می کنند ، اما انرژی کافی برای پیوند لحظه ای پیوندها و تشکیل مجدد آنها با یک مولکول دیگر وجود دارد.یعنی هنگامی اتفاق می افتند که شرایط ترمودینامیکی ، دما و فشار به گونه ای باشد که برخی از پیوندهای شبکه ها شل شده و درجه های آزادی بیشتری ظاهر شوند.
گاز: تقریباً هرگز مولکول ها به اندازه کافی برای تعامل به یکدیگر نزدیک نمی شوند.یعنی هنگامی ظاهر می شوند که ترکیبی از دما و فشار تمام اتصالات سطح انرژی درون مولکولی را شل می کند و مانند یک گاز ایده آل رفتار می کند
وقتی دما و فشارها به حدی باشد که الکترونها از مدارشان خارج شده و گاز به یون و الکترون تبدیل شود ، پلاسما اتفاق می افتد
به نمودار هلیم دقت کنید