Quando gli atomi acquistano energia, gli elettroni salgono a orbite più alte e l'atomo si muove più energicamente. A determinati livelli di energia, l'atomo cambia il suo stato fisico di materia da solido a liquido a gas a plasma .
L'atomo nel suo insieme non guadagna energia; tutta l'energia è immagazzinata negli elettroni, che orbitano il nucleo nei gusci. Gli elettroni che sono eccitati o energizzati si muovono verso l'esterno da un guscio all'altro, interrompendo la struttura cristallina dei solidi, la struttura meno energetica, e consentono agli atomi di fluire liberamente in uno stato liquido. Questo stato liquido non è facilmente comprimibile, in quanto mantiene ancora uno stretto contatto tra gli atomi. Quando un atomo guadagna più energia, diventa un gas, che a differenza di un liquido può essere compresso.
Nel quarto stato della materia, il plasma, gli elettroni nell'atomo gassoso diventano così energici che sfuggono completamente all'atomo. Questo caldo stato della materia è composto interamente da elettroni e ioni liberi energetici. Le proprietà uniche dei plasmi hanno portato allo sviluppo di televisori al plasma e i ricercatori stanno studiando le possibilità di utilizzare plasma idrogeno, un campo di elettroni liberi e protoni nudi, in reattori a fusione nucleare per creare fonti di energia pulite e abbondanti.
