如果将一块混凝土按比例放大，就可看作由粗骨料和硬化的水泥砂浆这两种性质迥异的主要材料构成的非线性、三维实体结构物。在承受荷载之前和之后，都存在十分复杂的微观应力（应变）场。这正是混凝土材性变化大和性能指标离散的主要原因。

在混凝土的凝固过程中，水泥的水化作用产生凝胶体，使水泥砂浆逐渐变稠、硬化，和粗骨料粘结成一整体。在此同时，混凝土因水分逐渐逸出而变干燥，水泥砂浆发生的收缩量远大于粗骨料的收缩量。此收缩差使粗骨料受压， 而砂浆受拉。 虽然任一截面上的应力合力为零，但局部的收缩应力值可能很大，以致在粗骨料界面上形成微裂缝。

同样，由于粗骨科和硬化水泥浆间的线膨胀系数的差别，即使两者的温度变化相同，也因为变形的不一致、又相互约束而产生不均匀的三维应力场。更何况混凝土是热情性材料（导热系数A＝（0.81—1.86）w／m.K），因为水化热、环境温度变化或事故（火）升温等因素影响， 将使混凝土表层和内部形成较大的温度差，内部的微观温度应力（应变）场更为复杂、变化大。

当结构承受外力的作用，即使局部混凝土的宏观应力均匀，也会因为粗骨料的随机排列和水泥砂浆的不规则形状、两者的弹性（或变形）模量和抗拉、压强度的差别，以及粗骨料周边的接触状况的不同而存在着不均匀的微观应力场， 不仅主要截面，其它任何方向截面上的应力分布都不均匀。至于混凝土内存在的各种气孔和缝隙，其尖端附近的局部应力集中区，微观的应力变化大且应力值高，而进入塑性阶段（可参考断裂力学理论）。

所有这些都表明，从微观上分析混凝土必然是一个非常复杂的、不确定的。 三维应力（变形）状态，对于混凝土的开裂、裂缝发展、变形、极限强度和破坏形态等都有很大影响。