Bản chất và định nghĩa của vật chất giống như các khái niệm quan trọng khác trong khoa học và triết học, đã có nhiều cuộc tranh luận.[29] Có một loại vật chất duy nhất (hyle) mà mọi thứ được tạo ra, hoặc nhiều loại? Là vật chất liên tục có khả năng thể hiện nhiều dạng (hylomorphism) [30] hay một số thành phần rời rạc, không thay đổi (nguyên tử)? [31] Liệu nó có thuộc tính nội tại (lý thuyết chất) [32][33] hay nó thiếu các thuộc tính này (nguyên liệu prima)?

Một thách thức đối với khái niệm truyền thống về vật chất là "công cụ" hữu hình xuất hiện cùng với sự phát triển của vật lý học trong thế kỷ 19. Thuyết tương đối cho thấy vật chất và năng lượng (bao gồm cả năng lượng phân bố không gian của các trường) có thể thay thế cho nhau. Điều này cho phép quan điểm bản thể học rằng năng lượng là nguyên liệu prima và vật chất là một trong những dạng của nó. Mặt khác, Mô hình chuẩn của vật lý hạt sử dụng lý thuyết trường lượng tử để mô tả tất cả các tương tác. Theo quan điểm này, có thể nói rằng các lĩnh vực là nguyên liệu prima và năng lượng là một tài sản của lĩnh vực này.  

Theo mô hình vũ trụ thống trị, mô hình Lambda-CDM, dưới 5% mật độ năng lượng của vũ trụ được tạo thành từ "vật chất" được mô tả bởi Mô hình chuẩn, và phần lớn vũ trụ bao gồm vật chất tối và năng lượng tối, với rất ít sự đồng ý giữa các nhà khoa học về những thứ này được làm từ gì.[34]

Với sự ra đời của vật lý lượng tử, một số nhà khoa học tin rằng khái niệm vật chất chỉ đơn thuần thay đổi, trong khi những người khác tin rằng vị trí thông thường không còn được duy trì. Chẳng hạn, Werner Heisenberg nói, "Bản thể luận của chủ nghĩa duy vật dựa trên ảo tưởng rằng loại tồn tại," thực tế "trực tiếp của thế giới xung quanh chúng ta, có thể được ngoại suy trong phạm vi nguyên tử. Tuy nhiên, phép ngoại suy này là không thể... các nguyên tử không phải là vật. " Tương tự như vậy, một số triết gia cảm thấy rằng những sự phân đôi này đòi hỏi phải chuyển từ chủ nghĩa duy vật sang chủ nghĩa vật lý. Những người khác sử dụng thuật ngữ "chủ nghĩa duy vật" và "chủ nghĩa duy vật lý" thay thế cho nhau.[35]

Khái niệm về vật chất đã thay đổi để đáp ứng với những khám phá khoa học mới. Do đó, chủ nghĩa duy vật không có nội dung xác định độc lập với lý thuyết cụ thể về vật chất mà nó dựa vào. Theo Noam Chomsky, bất kỳ thuộc tính nào cũng có thể được coi là vật chất, nếu người ta định nghĩa vật chất sao cho nó có thuộc tính đó.[36]