Den enkleste tilstandsligning beskriver en ideell gass som består av partikler uten gjensidige vekselvirkninger. Av den grunn kan den ikke forklare hvordan en gass kan gå over til en væske, men er en god tilnærmelse for de fleste gasser ved høye temperaturer og lave trykk. Tilstandsligninger for forskjellige system under ulike forhold kan beregnes ved bruk av statistisk fysikk. Under ekstreme forhold som ved veldig lave temperaturer eller høye tettheter, må kvantemekanikk benyttes. På den måten er det i dag etablert tilstandsligninger som gjelder for materien i det innerste av nøytronstjerner eller i kosmologisk sammenheng like etter Big Bang.