Proprio come in ogni materiale, le proprietà della ceramica sono determinate dai tipi di atomi presenti, dai tipi di legame tra gli atomi e dal modo in cui gli atomi sono imballati insieme

Due tipi di legami si trovano in ceramica: ionico e covalente. Il legame ionico si verifica tra un metallo e un metalloide, in altre parole, due elementi con elettronegatività molto diversa. L’elettronegatività è la capacità del nucleo in un atomo di attrarre e trattenere tutti gli elettroni all’interno dell’atomo stesso e dipende dal numero di elettroni e dalla distanza degli elettroni nei gusci esterni dal nucleo.

In un legame ionico, uno degli atomi (il metallo) trasferisce elettroni all’altro atomo (il metalloide), diventando così caricato positivamente (catione), mentre il metalloide diventa caricato negativamente (anione). I due ioni con cariche opposte si attraggono a vicenda con una forte forza elettrostatica.

Il legame covalente avviene invece tra due non metalli, in altre parole due atomi che hanno elettronegatività simile, e comporta la condivisione di coppie di elettroni tra i due atomi.

Anche se entrambi i tipi di legami si verificano tra atomi in materiali ceramici, nella maggior parte di essi (in particolare gli ossidi) il legame ionico è predominante.

Esistono altri due tipi di legami atomici: il metallico e il Van der Waals. Nel primo, i cationi metallici sono circondati da elettroni che possono muoversi liberamente tra gli atomi. I legami metallici non sono forti come i legami ionici e covalenti. I legami metallici sono responsabili delle principali proprietà dei metalli, come la duttilità, dove il metallo può essere facilmente piegato o allungato senza rompersi, permettendogli di essere disegnato nel filo. Il libero movimento degli elettroni spiega anche perché i metalli tendono ad essere conduttori di elettricità e calore.

I legami di Van der Waals sono costituiti da deboli forze elettrostatiche tra atomi che hanno polarizzazione permanente o indotta. Un esempio di legame di Van der Waal è il legame idrogeno tra idrogeno e ossigeno, che è responsabile di molte proprietà dell’acqua.

Nei polimeri, ci sono legami covalenti tra gli atomi del polimero, ma le macromolecole polimeriche (o catene) sono tenute insieme dalle forze di Van der Waals. Di tutti e quattro i tipi di obbligazioni, Van der Waals è il più debole. Per questo motivo, i polimeri sono molto elastici (ad esempio, un elastico), possono essere facilmente fusi e hanno una bassa resistenza.

I legami ionici e covalenti della ceramica sono responsabili di molte proprietà uniche di questi materiali, come elevata durezza, alti punti di fusione, bassa espansione termica e buona resistenza chimica, ma anche di alcune caratteristiche indesiderabili, soprattutto la fragilità, che porta a fratture a meno che il materiale non sia temprato da agenti rinforzanti o con altri mezzi.

Le proprietà della ceramica, tuttavia, dipendono anche dalla loro microstruttura. Le ceramiche sono per definizione materiali inorganici naturali o sintetici, non metallici, policristallini. A volte, anche i materiali monocristallini, come il diamante e lo zaffiro, sono erroneamente inclusi sotto il termine ceramica. I materiali policristallini sono formati da più grani di cristallo uniti durante il processo di produzione, mentre i materiali monocristallini vengono coltivati come un cristallo tridimensionale. I processi di fabbricazione di materiali policristallini sono relativamente economici, rispetto ai singoli cristalli. A causa di queste differenze (ad es., cristalli multipli con vari orientamenti, presenza di confini di grano, processi di fabbricazione), i materiali policristallini non dovrebbero essere confusi con i cristalli singoli e dovrebbero essere gli unici inclusi nella definizione di ceramica. Le proprietà e la lavorazione della ceramica sono in gran parte influenzate dalle loro granulometrie e forme, e caratteristiche come densità, durezza, resistenza meccanica e proprietà ottiche sono fortemente correlate con la microstruttura del pezzo sinterizzato.

D’altra parte, il vetro è fatto di materiali inorganici, non metallici con una struttura amorfa. La struttura amorfa significa che gli atomi non sono organizzati secondo una disposizione ben ordinata e ripetuta come nei cristalli. Le vetroceramiche sono fatte di piccoli grani circondati da una fase vetrosa e hanno proprietà tra quelle del vetro e della ceramica.

La tabella seguente fornisce un riepilogo delle principali proprietà della ceramica e del vetro. Queste sono proprietà tipiche. Infatti, le proprietà della ceramica e del vetro possono essere adattate a specifiche applicazioni modificando la composizione, compresa la creazione di materiali compositi con metalli e polimeri, e modificando i parametri di lavorazione.