在非生命世界里，从宇观角度看，人们把至今能够观测到的约150亿光年的宇宙范围称为总星系。这个总星系一方面可以被看成是目前人们所认识到的规模最大的物质形态；另一方面这个总星系本身又是由各种天体和天体系统组成的，例如类星体、超星系团、星系团、星系、恒星集团、恒星和太阳系等。仅就恒星来说，按其演化过程的阶段性，又可分为红外星、主序星、脉动星、中子星、白矮星、黑洞等不同的物质形态。太阳系本身又是由太阳、八个行星、冥王星等矮行星及弥散于太阳系范围的小型天体所组成的。从宏观角度看，我们生活于其上的行星——地球本身又可分成大气圈、水圈、岩石圈、地幔、地核等若干圈层，而在这一领域内又存在着各种有机物和无机物。就目前所知，仅无机化合物就有一百多万种。
从微观角度看，目前已经发现的元素有109种，各种元素的原子由原子核和核外电子组成，原子核又由质子和中子组成，质子、中子、电子这类粒子被统称为基本粒子。目前实验上已经发现的基本粒子有400多种，这些粒子由于质量大小、寿命、自旋或作用方式等不同又可分成两类四个家族：轻子类(包括光子族、轻子族)和重子类(包括介子族、重子族)。
在生命世界里，从细胞、微生物到植物、动物，物质形态更是五彩缤纷、形态万千。目前，人们已经发现的动物就有150多万种，植物30多万种，各种微生物8-9万种。据统计，人们尚未发现的生物可能比已经发现的还要多10倍。生物界不仅物种繁多，营养方式和生活方式各异，而且形态结构和功能也各具特色。DNA是生命物质中的遗传物质，其分子长链上尽管只有四种核苷酸，但这四种核苷酸在DNA分子长链上的排列方式却极其多样，从而导致了生物种类的多样化。
当DNA发生突变时，还会导致遗传的漂移和物种的变异。
根据物质的聚集状态，还可把自然界的物质形态划分为固态、液态、气态、等离子态和超密态等5种聚集状态，它们的结构和性质各有其特殊性。
自然界物质形态的多样性告诉我们，在认识自然时，首先要把“物质的各种实在形式”作为研究的事实出发点，确认各种事物的多样性、复杂性、特殊性，不能把只适用于某一种物质形态的理论或概念生搬硬套到其他物质形态上。
(2)自然界物质形态的统一性
“自然界物质形态的统一性”和“世界的物质统一性”这两个提法虽有密切的联系，但涵义有所不同。一方面，世界的物质统一性是物质形态统一性的基本点和前提；另一方面，自然界物质形态的统一性，还在于各种特殊的物质形态之间有着密切的相互联系和其他方面的共同点。
首先，宇宙万物虽形态各异，但通过光谱分析证明了宇宙物质的化学上的同一性。无论是行星、恒星，还是彗星、星际气体云，从我们生活的地球到太阳系以外以至遥远的太阳系外天体，都是由几十种或几种在地球上均可找到的化学元素所组成的。现代宇宙学还把恒星的起源与演化同元素的演化结合起来。无机物与生命物质在化学成分上也有着同一性，组成生命物质基础——原生质的各种元素，没有一种是生命物质所特有而无机界所没有的。在微观领域，对物质形态统一性的论证已深入到基本粒子的层次，而且在基本粒子之间也存在转化，各种粒子都可以经过衰变、碰撞或湮灭而转化为其他粒子。
其次，场与实物尽管是两种不同的基本物质形态，它们之间也存在着统一性。一方面，场与实物之间相互联系、不可分割，有实物存在就有实物之间相互作用的场，任何场都是某种实物之间的相互作用。另一方面，场与实物之间在一定条件下可以相互转化。如电子和正电子相遇时可“湮灭”而转化为光子，即转化为电磁场；反之，在核子场中光子的能量足够大时，光子也可以转化为正、负电子对。
另外，质量守恒定律和能量守恒与转化定律也是自然界物质形态统一性的一个有力的证据。核物理在研究核聚变反应的过程中，发现有“质量亏损”的现象，这里所谓的“质量亏损”是指静止质量的减少，但与此同时运动质量则相应增加(按E=mc2所揭示的当量关系)，实物状态的物质以能量的形式转化为场状态的物质，亏损的静止质量转化为运动质量，即场的能量，所以整个系统的总质量仍然守恒。
可见，在物质形态上，自然界既体现出多样性，又有着统一性。自然界的物质统一性是多样性的统一。
2.自然界的系统性
1)物质系统的基本特征
所谓物质系统，是指以系统方式存在着的物质客体。系统既是自然界物质的普遍存在方式，也是物质间普遍联系的基本方式。
系统性、整体性的思想很早就产生了。古代朴素的唯物论和辩证法就已强调对自然界的整体性和统一性的认识，但由于科学水平的限制，缺乏对自然界各个细节的认识能力，所以这种对整体性和统一性的认识终究是不完备的。近代前期的自然科学虽然在知识与各部分材料的整理水平上高于古代，但同时削弱了整体性的特点，缺乏辩证的思维。近代后期科学技术的发展越来越揭示出物质之间的联系，揭示出系统性、整体性的思想。19世纪后期，恩格斯概括和总结了当时自然科学的重大成就，指出：“我们现在不仅能够指出自然界中各个领域内的过程之间的联系，而且总的说来也能够指出各个领域之间的联系了，这样我们就能够依靠经验自然科学本身所提供的事实，以近乎系统的形式描绘出一幅自然界联系的清晰图画”；“整个自然界形成一个体系，即各种物质相互联系的总体”。
现代自然科学，特别是20世纪中叶以来物理学、化学、生物学、天文学、地学等基础自然科学和系统科学的发展，日益揭示出：整个自然界中的各种物质客体，从微观粒子到宇宙天体，从生物大分子到整个生物圈，无不以系统的形式存在着。
那么什么是系统呢？一般系统论的创始人贝塔朗菲把系统定义为“处于一定的相互关系中并与环境发生关系的各组成部分(要素)的总体(集)”。钱学森认为，系统原是极其复杂的研究对象，它是由相互作用和相互依赖的若干组成部分结合成的具有特定结构和功能，并与周围环境发生联系的有机整体。
事实上，在系统科学里，关于系统的定义不胜枚举。掌握系统概念的关键，在于理解系统的基本特征，理解要素、结构、功能和环境与系统的关系。对于系统概念的这种理解，主要包括以下四个基本方面。
①系统是由若干要素组成的。也就是说，一个系统至少要包括两个或两个以上的元素(组成部分)，单一的、孤立的事物不能称之为系统。
②系统是一个有机的整体。它要求所有构成系统的元素都处于特定的作用和相互依赖之中。这种元素间的相互作用既不可简单相加，也不可简单分割，即系统的整体不能通过元素的简单加和减来得到，也不能把系统简单地分解成单个的元素。
③系统整体在时间上和空间上都是有限的。在时间上的有限性表现为有始有终，有一个演化的过程；在空间上的有限性表现为有内有外，有一个确定的系统边界。对一个系统来说，与其或其组成部分发生相互作用而又不属于这个系统的所有事物的总和共同组成该系统的环境。系统的环境又可分为大环境和小环境，其中小环境对于研究一个系统具有更为重要的意义。
④系统的整体具有不同于其组成部分的特殊属性、功能和价值，其特殊的属性、功能和价值是在各种相互作用关系之中体现出来的。
2)物质系统的整体性和相互作用
系统的定义强调了事物的整体性，以及构成系统的事物(元素或部分)之间、系统与环境之间的相互作用。
(1)整体性
物质系统的整体性指自然物质系统是具有不可还原性质的整体，即物质系统作为一个整体，将出现它的组成部分所没有的性质或者失去其组成部分所具有的性质。例如，原子是由中子、质子、电子等组成的，但原子作为一个整体所具有的性质，不可能还原成其各组成部分的性质的总和；生物机体虽由细胞组成，但一个生物机体所表现出的特性却是细胞所没有的。这种物质系统的“整体”与“堆”有着显着的区别。“整体并不是它各部分的简单总和，而堆却是”，例如一堆垃圾、一阵雨、一堆砖，或在公共场所偶然聚在一起的一群人，增加一部分或减少一部分只不过把那部分的物质质量和表面属性加上去或去掉了，即仅仅造成了这堆垃圾(或其他堆积物)量上的差别，而没有改变它们的性质特征。
这里必然要遇到系统中整体与部分的关系问题。它们是存在于系统中的一对矛盾，二者可以经由两种方式——“加和性”与“非加性”而相互过渡。
加和性指的是，如果“一个复合体可以通过一步一步加进原来分散的元素来构成；反过来，复合体的特征可以完全分解为孤立的元素的特征”，那么这种关系就是加和性的。除上面说的堆积物表现出这种关系以外，在物质系统内部各部分之间耦合形成物质系统时，在某些属性上也存在着这种加和性关系。如化合物分子的分子量等于组成分子的各原子量之和，化学系统的总质量等于反应物、生成物和中间产物质量的加和，微观物理系统的电荷数、重子数、轻子数等均是其构成部分相应量的加和，等等。这些可加和的属性在耦合前后各方都没有发生改变。
然而，各部分之间并不能通过单纯的加和性耦合关系形成新的系统，系统的基本特征决定了其中必然存在着非加和性关系。这种非加和性关系的存在，才能使系统出现其组成部分所没有的新属性，使系统与其构成要素之间出现质的差异。例如，分子的空间构型不等于组成它的原子之间的化学键之和；一个热力学系统的特征量温度并不是组成该系统的单个分子相应属性的加和，因为单个分子本身是无温度可言的。这种非加和性特征表明，物质系统的整体特性既不能归结为它的组成部分的特性，也不是其组成部分的简单“堆积”。它所反映的是某种具有新质的联系，是标志物质系统具有整体性的一种必不可少的联系方式。
(2)相互作用
在物质系统的整体与外部(环境)之间、整体与部分之间以及部分与部分之间，都普遍存在着相互作用。正是由于相互作用的存在，才使得系统具有一定的结构，表现出一定的功能。
物质系统的组成部分(要素)之间的相互作用，使得物质系统呈现一定的结构。物质系统的结构是指物质系统内部各要素之间的联系与组织方式的总和。从存在形式看，系统结构可以表示成：空间结构，如晶体的点阵结构、DNA及RNA分子的双螺旋结构、建筑物的空间布局等；时间结构，如电谐振和脉冲、动物心脏的节律、生物钟、化学振荡等；时空结构，如树木的年轮、元素的衰变、时空有序的耗散结构等。各种不同的系统结构得以形成的主要杠杆是系统中的相互作用关系。
如DNA分子的双螺旋结构由其中的共价键和氢键这样的相互作用关系所决定；化学反应中时空有序的耗散结构由自催化之类的非线性相互作用所决定。所以，研究一个物质系统，所要解决的重要问题之一，就是通过对相互作用关系的分析阐明系统的结构特征。
系统作为整体与内部要素或外部环境的相互作用，使物质系统具有一定的功能。所谓物质系统的功能，是指有特定结构的物质系统在内部关系和外部关系中所表现出来的特性和能力。系统在与内部要素相互作用时表现出内部功能，在与外部环境相互作用时表现出外部功能。系统与环境之间的相互作用过程，一方面是系统对环境的物质、能量和信息的输出，另一方面是环境对系统的物质、能量和信息的输入。功能是系统整体的属性。例如，生命机体的消化过程只有在胃液和肝、胰腺的分泌物参与下，在胃壁和肠壁的收缩和小肠吸收被分解食物成分的过程中才能真正实现，只有消化细胞或只有胃都完成不了消化过程。
物质系统表现为结构和功能的统一，没有无功能的结构，也没有无结构的功能。物质系统的结构决定其功能，而功能的发挥对结构又有反作用。但值得指出的是，结构对功能的决定并不是单值决定，而是或然决定。一种结构可以表现为多种功能，一种功能也可以映射多种结构。结构与功能的这种辩证关系，尽管造成了认识上的曲折，使我们无法从功能推出唯一的结构，但是毕竟为我们通过功能来推测结构，通过认识结构来推测系统的功能提供了可能性，同时也提供了实践上的方便。
原则上为实现一种功能可以找到多种结构，从而有优化的可能。
要完备地规定一个系统，必须要有要素、结构、功能和环境这四个方面。系统的功能不仅依赖于其要素和结构，还依赖于环境。要素性质、结构构型或环境条件的变化，都会影响系统的功能表现，甚至导致系统的质变，单单关于要素、结构或环境中某一方面的认识都不足以逻辑地推出系统的功能。
需要注意的是，整体性与相互作用之间是密切关联着的：
相互作用是系统整体性的根据，而整体性是相互作用的表现，二者事实上是同一问题的两个侧面。
