Chất khí là một trong bốn trạng thái phổ biến của vật chất bên cạnh rắn, lỏng và plasma. Đặc điểm nổi bật nhất của chất khí là các phân tử của nó được chuyển động tự do trong không gian rộng lớn, nằm cách xa nhau hơn nhiều so với chất rắn và chất lỏng. Điều này khiến cho chất khí không có hình dạng và thể tích xác định; chúng sẽ chiếm trọn bất kỳ không gian nào của vật chứa. Bản chất linh hoạt này cho phép chất khí dễ dàng bị nén lại hoặc giãn nở khi chịu tác động của áp suất hoặc nhiệt độ. Đây cũng là lý do vì sao không khí trong phòng sẽ lấp đầy toàn bộ căn phòng và khí ga trong bình có thể được nén ở áp suất cao.

Một đặc điểm khác của chất khí là khả năng khuếch tán mạnh mẽ. Khi một chất khí được thả vào một môi trường, các phân tử của nó nhanh chóng phân tán khắp không gian mà không cần lực kéo hoặc khuấy động. Quá trình này xảy ra do chuyển động nhiệt ngẫu nhiên của các phân tử, khiến chúng va chạm và phân tán đồng đều trong môi trường. Khả năng khuếch tán này làm cho chất khí dễ dàng hòa trộn với các loại khí khác, tạo thành các hỗn hợp khí đồng nhất như không khí mà chúng ta hít thở hàng ngày.

Ngoài ra, các đại lượng như áp suất, thể tích và nhiệt độ của chất khí có mối liên hệ mật thiết với nhau, thể hiện qua các định luật chất khí cơ bản như định luật Boyle, Charles hay phương trình trạng thái chất khí lý tưởng. Khi nhiệt độ tăng, thể tích chất khí (nếu áp suất không đổi) cũng tăng và ngược lại. Còn khi bị nén ở nhiệt độ không đổi, áp suất của chất khí sẽ tăng lên khi thể tích giảm đi. Chính vì những điểm đặc trưng này, chất khí có vai trò quan trọng trong tự nhiên và đời sống, được ứng dụng rộng rãi trong công nghiệp, y tế, giao thông vận tải và nhiều lĩnh vực khác.