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El agua es probablemente la sustancia más extraordinaria que hay en la naturaleza. Se presenta en los tres estados físicos -todo el mundo conoce el hielo y el vapor de agua, además del agua líquida-, y es el medio en el que se desarrolla la vida de los organismos. La razón se debe a las propiedades que tiene: es el mejor disolvente conocido, necesita que se le comunique mucho calor para calentarse, es menos densa en estado sólido que en el líquido, etc.

¿Qué diferencia al hielo del agua líquida y del vapor de agua? ¿Por qué el agua produce hidrógeno y oxígeno al descomponerse por acción de la corriente eléctrica? ¿Qué estructura tiene el agua para "contener" esas otras sustancias? ¿Cómo se explica su acción disolvente?

La observación de las sustancias que existen en la naturaleza y de las propiedades que presentan permite proponer un modelo que explica de una forma global y sencilla tanto la forma de unirse los atomos para originar sustancias simples o compuestas como la fórmula de las sustancias formadas y la explicación de sus propiedades. Los modelos de enlace interatómico explican no sólo cómo y por qué se unen los átomos, sino también cuántos átomos de cada tipo quedan unidos y qué estructuras forman.

La necesidad de nuevos materiales que tengan unas propiedades determinadas parte de esos estudios experimentales y de los modelos de enlace para diseñar métodos de síntesis de esos materiales (muy resistentes a la rotura, que no se oxiden, poco densos, flexibles, impermeables, etc.). Así se han obtenido materiales como la fibra de carbono, el goretex, los plásticos, etc.

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