在壓力作用下，被壓縮物質內部的原子(或分子)相互靠近，並引起原子間相互作用能及其壓縮特性發生相應的變化。圖中是一組元素的壓縮曲線。從圖上看出，在較低壓力下， 元素的原子體積V隨原子序數Z 呈明顯的週期性變化，這種週期性變化的規律說明，鹼金屬的壓縮係數k
p為壓力
最大，短周期的Ⅲ、ⅥA族元素和長周期的Ⅶ族過渡金屬的壓縮系數最小。這種周期性特征甚至在 1兆巴壓力下還能見到。由此可見，此時的元素壓縮性主要取決於元素化學性質的外層電子。隨著壓力增高，元素的內層電子逐漸參與原子的相互作用，因而決定元素化學性質的價電子作用也相應地減弱。到10兆巴左右，這種周期性特征已基本消失。
在上述壓力范圍的低壓部分，物質的物態方程可以用有限應變理論物態方程描述；高壓部分則可用格臨愛森物態方程描述（見固體狀態方程）。
在更高壓力下，物質可被壓縮到其點陣結構與原子內的殼層結構不復存在。這時可以近似地認為電子是連續分佈的部分簡並性費密－狄喇克氣體。原子核被高密度電子屏蔽，其間的長程庫侖相互作用可以忽略，於是原子核的運動可用經典方法處理，例如可視為理想氣體。這種被高度壓縮物質的近似結構模型稱為托馬斯－費密模型或統計近似模型。描述這種物質狀態方程是托馬斯-費密狀態方程和托馬斯-費密-狄喇克狀態方程。
僅當電子密度足夠高時，托馬斯-費密模型才能適用。對於重元素，例如原子序數大於90時，需要壓強達到10兆巴以上；對於輕元素，例如氫，需要壓強達到100兆巴以上。
以上假定電子氣體是非相對論性的。當壓力達到1017巴後，相當一部分電子的動能可與mec2相比擬（me為電子質量，c為光速），於是需要涉及相對論性效應（見狹義相對論）。
物質進一步被壓縮，電子可被原子核俘獲，使核電荷減少，同時放出中微子。結果電子總數減少，而其密度不變，使得壓力也大致不變。此過程一直持續到全部原子核均各俘獲一個電子，原子序數從Z變到Z-1為止。
物質如再進一步被壓縮，核電荷將更加減少，結果原子核中含有的中子過多，變得不穩定而蛻變。當壓力達到1024巴，密度達到3×1011克／厘米3時，中子數開始超過電子數。當密度超過1012克／厘米3後，中子對壓力的貢獻也超過電子的貢獻。這時物質可視為主要由中子的簡並性費密-狄喇克氣體構成，電子與各種原子核則是少量雜質。
最後，當密度甚大於6×1015克／厘米3時，中子氣體成為極端相對論性的。這時物質中除去中子外，還有可能出現他種粒子。