Bởi vì hầu hết các chất khí rất khó quan sát trực tiếp, chúng được mô tả thông qua việc sử dụng bốn tính chất vật lý hoặc đặc điểm vĩ mô: áp suất, thể tích, số lượng các hạt (các nhà hóa học phân nhóm chúng theo mol) và nhiệt độ. Bốn đặc điểm này đã được các nhà khoa học như Robert Boyle, Jacques Charles, John Dalton, Joseph Gay-Lussac và Amedeo Avogadro quan sát nhiều lần đối với nhiều loại khí trong các môi trường khác nhau. Các nghiên cứu chi tiết của họ cuối cùng đã dẫn đến mối quan hệ toán học giữa các tính chất này được biểu thị bằng định luật khí lý tưởng (xem phần mô hình đơn giản bên dưới).

Các hạt khí được phân tách rộng rãi với nhau, và do đó, có liên kết giữa các phân tử yếu hơn chất lỏng hoặc chất rắn. Các lực liên phân tử này là kết quả của tương tác tĩnh điện giữa các hạt khí. Các vùng tích điện giống nhau của các hạt khí khác nhau đẩy lùi, trong khi các vùng tích điện trái dấu của các hạt khí khác nhau hút nhau; khí có chứa các ion tích điện vĩnh viễn được gọi là plasma. Các hợp chất khí có liên kết cộng hóa trị phân cực chứa sự mất cân bằng điện tích vĩnh viễn và do đó chịu lực tương đối mạnh giữa các phân tử, mặc dù phân tử trong khi điện tích thực của hợp chất vẫn trung tính. Các điện tích cảm ứng ngẫu nhiên, thoáng qua tồn tại trên các liên kết cộng hóa trị không phân cực của các phân tử và tương tác tĩnh điện do chúng gây ra được gọi là lực Van der Waals. Tương tác của các lực giữa các phân tử này khác nhau trong một chất, điều này quyết định nhiều tính chất vật lý riêng của mỗi chất khí.[4][5] So sánh điểm sôi của các hợp chất được tạo thành bởi liên kết ion và cộng hóa trị dẫn chúng ta đến kết luận này.[6] Các hạt khói trôi dạt trong ảnh cung cấp một số thông tin chi tiết về hành vi của khí trong áp suất thấp.

So với các trạng thái khác của vật chất, các loại khí có mật độ và độ nhớt thấp. Áp suất và nhiệt độ ảnh hưởng đến các hạt trong một thể tích nhất định. Sự thay đổi về tốc độ và phân tách hạt này được gọi là khả năng nén. Sự phân tách và kích thước hạt này ảnh hưởng đến các đặc tính quang học của khí như có thể tìm thấy trong danh sách các chỉ số khúc xạ sau đây. Cuối cùng, các hạt khí phân tán hoặc khuếch tán để tự phân bố đồng nhất trong bất kỳ bình chứa nào.