如果將一塊混凝土按比例放大，就可看作由粗骨料和硬化的水泥砂漿這兩種性質迥異的主要材料構成的非線性、三維實體結構物。在承受荷載之前和之后，都存在十分復雜的微觀應力（應變）場。這正是混凝土材性變化大和性能指標離散的主要原因。

在混凝土的凝固過程中，水泥的水化作用產(chǎn)生凝膠體，使水泥砂漿逐漸變稠、硬化，和粗骨料粘結成一整體。在此同時，混凝土因水分逐漸逸出而變干燥，水泥砂漿發(fā)生的收縮量遠大于粗骨料的收縮量。此收縮差使粗骨料受壓， 而砂漿受拉。 雖然任一截面上的應力合力為零，但局部的收縮應力值可能很大，以致在粗骨料界面上形成微裂縫。

同樣，由于粗骨科和硬化水泥漿間的線膨脹系數(shù)的差別，即使兩者的溫度變化相同，也因為變形的不一致、又相互約束而產(chǎn)生不均勻的三維應力場。更何況混凝土是熱情性材料（導熱系數(shù)A＝（0.81—1.86）w／m.K），因為水化熱、環(huán)境溫度變化或事故（火）升溫等因素影響， 將使混凝土表層和內部形成較大的溫度差，內部的微觀溫度應力（應變）場更為復雜、變化大。

當結構承受外力的作用，即使局部混凝土的宏觀應力均勻，也會因為粗骨料的隨機排列和水泥砂漿的不規(guī)則形狀、兩者的彈性（或變形）模量和抗拉、壓強度的差別，以及粗骨料周邊的接觸狀況的不同而存在著不均勻的微觀應力場， 不僅主要截面，其它任何方向截面上的應力分布都不均勻。至于混凝土內存在的各種氣孔和縫隙，其尖端附近的局部應力集中區(qū)，微觀的應力變化大且應力值高，而進入塑性階段（可參考斷裂力學理論）。

所有這些都表明，從微觀上分析混凝土必然是一個非常復雜的、不確定的。 三維應力（變形）狀態(tài)，對于混凝土的開裂、裂縫發(fā)展、變形、極限強度和破壞形態(tài)等都有很大影響。