根据形成的条件和组成，液晶可以分为两大类，即热致液晶和溶致液晶，前者呈现液晶相是由温度引起的，并且只能在一定温度范围内存在，一般是单一组分；而溶致液晶是由符合一定结构要求的化合物与溶剂组成的体系，由两种或两种以上的化合物组成。
从成分和出现液晶相的物理条件来看，液晶可以分为热致液晶和溶致液晶两大类．把某些有机物加热溶解，由于加热破坏结晶晶格而形成的液晶称为热致液晶，就是如前面所说由于温度变化而出现的液晶相．把某些有机物放在一定的溶剂中，由于溶剂破坏结晶晶格而形成的液晶称为溶致液晶，它是由于溶液浓度发生变化而出现的液晶相，最常见的有肥皂水等．目前用于显示的液晶材料基本上都是热致液晶，而生物系统中则存在大量溶致液晶．目前发现的液晶物质已有近万种．构成液晶物质的分子，大体上呈细长棒状或扁平片状，并且在每种液晶相中形成特殊排列．
由杆形分子形成的液晶，其液晶相共有三大类：近晶相（Smectic liquid crystals）、向列相（Nematic liquid crystals）和胆甾相（Cholesteric liquid crystals）．Smectic由希腊语而来，是肥皂状之意，因这种类型的液晶在浓肥皂水溶液中，都显示特有的偏光显微镜像，因而命名为皂相．分子分层排列，有同一方向，比较接近晶体，故译近晶相．Nematic也是由希腊语而来，是丝状之意，因这种液晶的薄层在偏光显微镜下观察时，呈现丝状型织构，故称之为丝相．分子位置杂乱，但方向大致一致，故译向列相．胆甾相液晶则是由于此种液晶最早是从胆甾醇类物质中发现的，故称之为胆甾相．
近晶相液晶是由棒状或条状分子组成，分子排列成层，层内分子长轴相互平行，其方向可以垂直于层面，或与层面成倾斜排列．因分子排列整齐，其规整性接近晶体，具有二维有序性．分子质心位置在层内无序，可以自由平移，从而有流动性，但粘滞系数很大．分子可以前后、左右滑动，但不能在上下层之间移动．因为它的高度有序性，近晶相经常出现在较低温度范围内．
向列相液晶的棒状分子也仍然保持着与分子轴方向平行的排列状态，但没有近晶相液晶中那种层状结构．向列相中分子的重心混乱无序，但分子（杆）的指向矢n大体一致，如图1-1-8所示．图中故意用完全对称的杆来代表分子，即杆不是一头尖，一头圆，没有n与-n区分．这个等价性是向列相液晶与其他液晶（如近晶相）的一个基本特性．而向列相分子指向矢的有序排列，却使向列相物质的光学与电学性质，即折射系数与介电常数，沿着及垂直于这个有序排列的方向而不同．正是由于向列相液晶在光学上显示正的双折射性的单轴性与电学上的介电常数各向异性，使得用电来控制光学性能，或液晶显示成为了可能．
此外，与近晶相液晶相比，向列液晶的粘度小，富于流动性．产生这种流动性的原因，主要是由于向列相液晶各个分子容易顺着长轴方向自由移动．事实上不少向列相液晶的粘滞系数只是水的粘滞系数的数倍．向列相液晶分子的排列和运动比较自由，对外界作用相当敏感，因而应用广泛．目前液晶显示器，例如扭曲向列相液晶显示器、超扭曲向列相液晶显示器等所用的液晶材料均属向列相液晶材料．
胆甾醇经脂化或卤素取代后，呈现液晶相，称此为胆甾相液晶．这类液晶分子呈扁平形状，排列成层，层内分子相互平行．不同层的分子长轴方向稍有变化，沿层的法线方向排列成螺旋结构．
当不同的分子长轴排列沿螺方向经历360°的变化后，又回到初始取向，这个周期性的层间距离称为胆甾相液晶的螺距（P）．胆甾相实际上是向列相的一种畸变状态．
图4 近晶C相层状结构
表2 近晶A—G液晶的结构特征
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分子取向 |
光学性质 |
织 构 |
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非构造近晶相 近晶A |
层状结构，分子轴与层正交，层内混乱排列 |
单轴正光性 |
焦锥（扇形或多边形），阶梯形滴状，平行排列，假各向同性 |
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近晶C |
层状结构，分子轴倾斜于层，层内混乱排列 |
双轴正光性 |
破碎焦锥，条纹，平行排列 |
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近晶D |
立方结构 |
各向同性 |
各向同性， 镶嵌 |
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近晶F |
层状结构 |
单轴正光性 |
条纹，同轴破碎焦锥 |
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构造近晶相 近晶B |
层状结构，分子轴垂直或倾斜于层，层内六角排列 |
单轴或双轴 正光性 |
镶嵌，滴状，假各向同性平行排列，条纹 |
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近晶E |
层状结构，分子轴正交于层，层内有序排列 |
单轴正光性 |
镶嵌，假各向同性 |
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近晶G |
层状结构，层内有序排列 |
单轴正光性 |
镶嵌 |
镶嵌织构是固有倾斜的图像
近晶B相镶嵌织构
不管是否存在短程近晶有序，向列相与近晶相相比，具有相当大的流动性。热能会引起向列相分子取向的波动。这种波动在微观上调制了材料的折射率，并导致强烈的光散射，即使在静止时，也使向列相呈现模糊混浊的状态。在正交的偏振片之间观察向列相液晶时，可见明亮的丝状织构。在更薄的片中，可观察到条纹织构
向列相条纹织构
溶致液晶是由双亲化合物与极性溶剂组成的二元或多元体系，双亲化合物包括简单的脂肪酸盐、离子型和非离子型表面活性剂，以及与生物体密切相关的复杂类脂等一大类化合物。根据分子的几何形状，双亲分子有两种类型，一种以脂肪酸盐为代表，例如硬脂酸钠（C17H35COONa），其中亲水部分是—COONa，它连接在疏水的烃链上，在分子中形成一个极性“头”和一个疏水“尾”（图12a），另一种类型是具有特殊生物意义的类脂，例如磷脂（图12b），图中R和R″代表烃链，一般含有14-18个碳原子，分子中亲水的极性头连接在两条疏水尾上，这两条疏水链通常彼此并排列。
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胆甾相实际上是向列相的一种特殊状态。采用添加旋光性物质的办法，可使通常的向列相或近晶C相液晶转变成胆甾相。这是形成胆甾相的又一途径，它与胆甾醇无关。反过来，在胆甾相中加入消旋向列相液晶或非液晶物质，能将胆甾相转变为向列相。将适当比例的左旋、右旋胆甾相混合，在某一温度区域内，由于左右旋的相互抵消，转变成向列相。电场、磁场可使胆甾相液晶转变为向列相液晶。这些都说明胆甾相和向列相结构的紧密关系。胆甾相液晶由于旋转的阻碍，一般比向列相更粘，但不如近晶相那样呆滞。
蓝相是各种胆甾相液晶（胆甾醇衍生物和手性液晶）在稍低于清亮点时存在的一个或两个热力学稳定相，它是介于胆甾相和各向同性相之间的一个狭窄温度区间（只有几度）的新相，由于通常呈现蓝色，故称为蓝相。这是由于它选择性反射圆偏振光或伴随的异常旋光弥散所致。
我们一般都认为物质像水一样都有三态, 分别是固态液态跟气态. 其实物质的三态是针对水而言, 对于不同的物质, 可能有其它不同的状态存在. 以我们要谈到的液晶态而言, 它是介于固体跟液体之间的一种状态, 其实这种状态仅是材料的一种相变化的过程(请见图1), 只要材料具有上述的过程, 即在固态及液态间有此一状态存在, 物理学家便称之为液态晶体.
这种液态晶体的首次发现, 距今已经度过一百多个年头了. 在公元1888年, 被奥地利的植物学家Friedrich Reinitzer所发现, 其在观察从植物中分离精制出的安息香酸胆固醇(cholesteryl benzoate)的融解行为时发现, 此化合物加热至145.5度℃时, 固体会熔化,呈现一种介于固相和液相间之半熔融流动白浊状液体. 这种状况会一直维持温度升高到178.5度℃, 才形成清澈的等方性液态(isotropic liquid). 隔年, 在1889年, 研究相转移及热力学平衡的德国物理学家O.Lehmann, 对此化合物作更详细的分析. 他在偏光显微镜下发现, 此黏稠之半流动性白浊液体化合物,具有异方性结晶所特有的双折射率(birefringence)之光学性质, 即光学异相性(optical anisotropic). 故将这种似晶体的液体命名为液晶. 此后, 科学家将此一新发现的性质, 称为物质的第四态-液晶(liquid crystal). 它在某一特定温度的范围内, 会具有同时液体及固体的特性.
一般以水而言, 固体中的晶格因为加热, 开始吸热而破坏晶格, 当温度超过熔点时便会溶解变成液体. 而热致型液晶则不一样(请见图2), 当其固态受热后, 并不会直接变成液态, 会先溶解形成液晶态. 当您持续加热时, 才会再溶解成液态(等方性液态). 这就是所谓二次溶解的现象. 而液晶态顾名思义, 它会有固态的晶格, 及液态的流动性. 当液态晶体刚发现时, 因为种类很多, 所以不同研究领域的人对液晶会有不同的分类方法. 在1922年由G. Friedel利用偏光显微镜所观察到的结果, 将液晶大致分为Nematic Smectic及Cholesteric三类. 但是如果是依分子排列的有序性来分(请见图3), 则可以分成以下四类:
1.层状液晶(Sematic) : 其结构是由液晶棒状分子聚集一起, 形成一层一层的结构. 其每一层的分子的长轴方向相互平行. 且此长轴的方向对于每一层平面是垂直或有一倾斜角. 由于其结构非常近似于晶体, 所以又称做近晶相. 其秩序参数S(order parameter)趋近于1. 在层状型液晶层与层间的键结会因为温度而断裂 ,所以层与层间较易滑动. 但是每一层内的分子键结较强, 所以不易被打断. 因此就单层来看, 其排列不仅有序且黏性较大. 如果我们利用巨观的现象来描述液晶的物理特性的话, 我们可以把一群区域性液晶分子的平均指向定为指向矢(director), 这就是这一群区域性的液晶分子平均方向. 而以层状液晶来说, 由于其液晶分子会形成层状的结构, 因此又可就其指向矢的不同再分类出不同的层状液晶. 当其液晶分子的长轴都是垂直站立的话, 就称之为"Sematic A phase". 如果液晶分子的长轴站立方向有某种的倾斜(tilt)角度,就称之为"Sematic C phase". 以A,C等字母来命名, 这是依照发现的先后顺序来称呼, 依此类推, 应该会存在有一个"Sematic B phase"才是. 不过后来发觉B phase其实是C phase的一种变形而已, 原因是C phase如果带chiral的结构就是B phase. 也就是说Chiral sematic C phase就是Sematic B phase(请见图4). 而其结构中的一层一层液晶分子, 除了每一层的液晶分子都具有倾斜角度之外, 一层一层之间的倾斜角度还会形成像螺旋的结构.
2.线状液晶(Nematic) : Nematic这个字是希腊字, 代表的意思与英文的thread是一样的. 主要是因为用肉眼观察这种液晶时, 看起来会有像丝线一般的图样. 这种液晶分子在空间上具有一维的规则性排列, 所有棒状液晶分子长轴会选择某一特定方向(也就是指向矢)作为主轴并相互平行排列. 而且不像层状液晶一样具有分层结构. 与层列型液晶比较其排列比较无秩序, 也就是其秩序参数S较层状型液晶较小. 另外其黏度较小, 所以较易流动(它的流动性主要来自对于分子长轴方向较易自由运动)。线状液晶就是现在的TFT液晶显示器常用的TN(Twisted nematic)型液晶.
3.胆固醇液晶(cholesteric) : 这个名字的来源,是因为它们大部份是由胆固醇的衍生物所生成的. 但有些没有胆固醇结构的液晶也会具有此液晶相. 这种液晶如图5所示, 如果把它的一层一层分开来看, 会很像线状液晶. 但是在Z轴方向来看, 会发现它的指向矢会随着一层一层的不同而像螺旋状一样分布, 而当其指向矢旋转360度所需的分子层厚度就称为pitch. 正因为它每一层跟线状液晶很像,所以也叫做Chiral nematic phase. 以胆固醇液晶而言, 与指向矢的垂直方向分布的液晶分子, 由于其指向矢的不同, 就会有不同的光学或是电学的差异, 也因此造就了不同的特性.
4.碟状液晶(disk) : 也称为柱状液晶, 以一个个的液晶来说, 它是长的像碟状(disk), 但是其排列就像是柱状(discoid).
如果我们是依分子量的高低来分的话则可以分成高分子液晶(polymer liquid crystal, 聚合许多液晶分子而成)与低分子液晶两种. 就此种分类来说 TFT液晶显示器是属于低分子液晶的应用. 倘若就液晶态的形成原因, 则可以分成因为温度形成液晶态的热致型液晶(thermotropic),与因为浓度而形成液晶态的溶致型液晶(lyotropic). 以之前所提过的分类来说, 层状液晶与线状液晶一般多为热致型的液晶, 是随着温度变化而形成液晶态. 而对于溶致型的液晶, 需要考虑分子溶于溶剂中的情形. 当浓度很低时, 分子便杂乱的分布于溶剂中而形成等方性的溶液, 不过当浓度升高大于某一临界浓度时, 由于分子已没有足够的空间来形成杂乱的分布, 部份分子开始聚集形成较规则的排列, 以减少空间的阻碍. 因此形成异方性(anisotropic)之溶液. 所以溶致型液晶的产生就是液晶分子在适当溶剂中 达到某一临界浓度时,便会形成液晶态. 溶致型的液晶有一个最好的例子,就是肥皂. 当肥皂泡在水中并不会立刻便成液态, 而其在水中泡久了之后, 所形成的乳白状物质, 就是它的液晶态.
