En prenant quelques raccourcis, la matière est constituée de molécules, qui sont des assemblages d’atomes liés entre eux grâce à des particules chargées négativement – les électrons – ; les noyaux de ces atomes sont, quant à eux, constitués de particules chargées positivement – les protons – et de particules non chargées – les neutrons –. Les protons et les neutrons sont, à une échelle encore plus petite, des nucléons constitués de particules élémentaires – les quarks et les gluons –. A partir de là, la matière peut subir des transformations, chimiques ou physiques.

Les transformations chimiques impliquent les molécules (c’est-à-dire, par rapport aux atomes ou aux nucléons, des entités de très grandes dimensions) qui peuvent se dissocier en fragments moléculaires plus petits (par exemple des ions chargés positivement ou négativement), ou s’associer avec d’autres molécules ou fragments moléculaires pour former des entités nouvelles.

Les transformations physiques impliquent, quant à elles, soit la matière à l’échelle macroscopique qui change d’état, soit les constituants des molécules, c’est-à-dire les noyaux.

Lorsqu’un constituant passe de l’état solide à l’état liquide (ou de l’état liquide à l’état solide), ou de l’état liquide à l’état gazeux (ou de l’état gazeux à l’état liquide), ou plus rarement de l’état solide à l’état gazeux (ou de l’état gazeux à l’état solide), il s’agit d’une transformation physique appelée changement d’état.

Lors d’un changement d’état, les molécules qui constituent la matière ne sont pas modifiées, elles ne subissent pas de transformation chimique ; par exemple, l’eau passant de la forme solide – la glace – ou liquide ou gazeuse reste de l’eau constituée de deux atomes d’hydrogène et d’un atome d’oxygène, H₂O. Il s’agit dans ce cas d’une transformation physique.

Lorsque les noyaux des atomes subissent des transformations, il s’agit aussi de transformations physiques, mais de nature totalement différente aux changements d’états.

Les noyaux des atomes peuvent se briser en des noyaux plus petits, et donc devenir des atomes différents, en dégageant d’énormes quantités d’énergie. C’est exactement ce qui se passe dans les centrales nucléaires, lorsqu’on bombarde des noyaux d’atomes lourds avec des neutrons ; l’énergie dégagée est alors récupérée pour produire de l’électricité.
Par ailleurs, les noyaux des atomes peuvent aussi se combiner avec des noyaux d’atomes différents, pour former des nouveaux atomes plus lourds. C’est ainsi qu’il est possible de créer des nouveaux éléments lourds dans des accélérateurs, en faisant se télescoper des noyaux différents.

Que ce soit en se brisant ou en se combinant, ces noyaux subissent des transformations physiques.