宇宙中存在着不同层次的由复杂的动态过程产生的非均匀结构。根据粒子物理的标准模型，构成物质的基本粒子是夸克与轻子（包括电子），当然，基本粒子还包括力的传播子。夸克构成强子，其中，一个夸克和一个反夸克构成一个介子，三个夸克构成一个重子（包括核子，即质子、中子）。因而，强子（介子或重子）是迄今所知的最低层次的结构。300个以下的核子可以组成一个原子核，这是核子以上一级层次的结构。原子核与电子可以构成等离子体，或者一个原子核与不足120个电子可能构建成一个原子，这些是更大尺度上的结构。原子可以进一步组成分子、宏观气体、凝聚态物质，展现出更高层次上的结构。极大量的凝聚态物质可以组成行星，极大量的气体或等离子体则可以集聚成恒星。多个行星围绕一个恒星可以组成一个行星系，而带有行星的恒星可以进一步构成星系。星系可以进一步组成星系群、星系团，乃至超星系团。超星系团是目前所知的宇宙内最大层次上的结构。不难看出，非均匀结构普遍存在于不同层次的系统中。
因而，研究形形色色的非均匀结构是各个学科的重要命题。化学、材料科学、凝聚态物理等学科主要关注原子、电子结构对材料性质的影响规律。随着超分子化学和纳米技术的发展，近年来分子团簇的结构成了另一个受关注的热点。这些领域所关注的不只是平衡态的静态结构，而且包括形成这些结构的动态过程，即结构的演化过程。地学研究地球的内部及表面构造，天文学则考察星体的结构。同样，生物学探讨有机分子、细胞、组织、器官的结构及其相互依赖性，并已进一步向下达到基因层次，向上研究生物系统的行为。
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