Le sostanze nematiche mostrano uno stato di organizzazione unico noto come fase o fase nematica. In questa fase, le molecole all'interno della sostanza si allineano in una direzione preferita, ma le loro posizioni non hanno l'ordine posizionale caratteristico dei cristalli. Le sostanze nematiche si distinguono per le loro proprietà anisotrope, il che significa che le loro proprietà fisiche variano a seconda della direzione.

I cristalli liquidi, che sono spesso le sostanze nematiche più conosciute, dimostrano in modo prominente questo comportamento anisotropo. Nella loro fase nematica, i cristalli liquidi mostrano birifrangenza, ovvero dividono un raggio di luce incidente in due raggi con polarizzazioni diverse. Questa proprietà trova applicazioni in vari dispositivi ottici, come i display a cristalli liquidi (LCD).

Oltre ai cristalli liquidi, esistono altre sostanze nematiche in forme diverse. Ad esempio, i polimeri nematici sono costituiti da lunghe molecole a forma di bastoncino allineate parallelamente tra loro, che formano domini ordinati all'interno della matrice polimerica. Questi polimeri nematici trovano impiego in varie applicazioni, come rinforzo delle fibre, compositi leggeri e materiali ottici.

Le fasi nematiche non sono esclusive dei materiali organici. Possono anche essere osservati in alcuni sistemi inorganici, come sospensioni di particelle a forma di bastoncino o molecole anisotrope in un solvente. Queste sospensioni nematiche mostrano proprietà simili ai cristalli liquidi e trovano impiego in aree come le tecnologie di visualizzazione e di rilevamento.

Nel complesso, le sostanze nematiche comprendono un'ampia gamma di materiali caratterizzati dalle loro proprietà anisotrope e dall'orientamento preferito delle loro molecole. Hanno un'importanza significativa in vari campi, tra cui l'ottica, la scienza dei materiali e la tecnologia dei display.