Vanuit chemisch oogpunt bestaat technische keramiek – in feite net als traditionele keramiek – uit verbindingen tussen metallische en niet-metallische elementen: oxiden zoals aluminiumoxide en zirkoonoxide, nitriden zoals siliciumnitride en titaannitride, en carbiden zoals siliciumcarbide. De technisch-keramische familie kun je omschrijven als stabiele en functionele materialen. Mechanisch stabiel in de zin van stijve, sterke en harde materialen die bestand zijn tegen hoge temperaturen. En functioneel doordat één materiaal verschillende eigenschappen in zich verenigt, of doordat het ‘een kunstje kan’. Zo kom je de combinatie warmtegeleidend en tegelijk elektrisch isolerend bij metalen niet vaak tegen, maar wel bij het technisch-keramische materiaal aluminiumnitride. En zo kan lood-zirkonaat-titanaat van vorm veranderen als je er een elektrische spanning over aanlegt.

Mechanische eigenschappen
Technische keramiek is sterk en hard vanwege de sterke chemische bindingen tussen de elementen. Deze bindingen kunnen een ionogeen karakter hebben, zoals tussen positief en negatief geladen ionen die elkaar sterk aantrekken, met magnesiumoxide als voorbeeld. Anderzijds kunnen deze bindingen ook een covalent karakter hebben, zoals in siliciumcarbide, waarbij de niet-metalen silicium en koolstof een gemeenschappelijk elektronenpaar delen en zo een sterke binding vormen. De meeste soorten technische keramiek hebben een mengvorm tussen ionbindingen en covalente bindingen.

Deze sterke bindingen zijn ook de oorzaak van het stijve (dus niet-elastische) gedrag van technische keramiek. Voor kristallijne materialen als keramiek, maar ook voor een materiaal als metaal of glas, is de stijfheid sterk gekoppeld aan de bindingsenergie tussen de atomen van het materiaal. In de rusttoestand zitten de atomen goed op hun plek, en bewegen ze een klein beetje rondom deze ‘evenwichtsplek’ heen en weer. Als je aan het materiaal trekt, dan bewegen de atomen verder uit elkaar, en als je het materiaal weer loslaat dan gaan de atomen terug naar hun oorspronkelijke positie.

Het brosse-breukgedrag van keramiek is ook met deze sterke bindingen te verklaren. Door de sterke, gerichte covalente of ionogene atoombindingen kunnen in het materiaal geen plastische vervormingen optreden zoals dat wel het geval is bij metalen. Dit houdt in dat keramiek direct breekt wanneer de uitgeoefende (trek)kracht groter is dan een kritische grenswaarde. Deze grenswaarde hangt af van de al aanwezige defectgrootte: scheurtjes en andere oneffenheden, die zich vooral aan het oppervlak ophouden, geven plaatselijk een grote spanningsconcentratie. Dat kunnen (micro)scheurtjes zijn die al vanaf het begin in het materiaal aanwezig zijn, of die tijdens het gebruik ontstaan. Zorgvuldige keramische verwerkingsstappen vormen een manier om deze scheurtjes te voorkomen.
Let wel: alleen bij trek- en buigbelasting trek je een oppervlaktescheurtje verder uit elkaar, waardoor deze kan uitgroeien tot een grotere scheur. Dit gebeurt niet als je het keramiek aan drukbelasting onderwerpt – in zekere zin kun je dan zeggen dat je zo’n oppervlaktescheurtje juist dicht drukt. Keramiek is dus veel beter bestand tegen drukkrachten dan tegen trek- en buigkrachten.

De invloed van de temperatuur
Het kost veel energie om sterke ionogene of covalente bindingen te verbreken, zodat keramiek een hoog smeltpunt heeft. Zo smelt aluminiumoxide pas bij 2054 °C, en titaancarbide zelfs bij 3067 °C. Materialen met een hoog smeltpunt hebben in de regel een lage thermische uitzettingscoëfficiënt, die voor technisch-keramische materialen een grootte-orde van 10^-6 per graad Celsius heeft.
In een zuurstof-bevattende omgeving kun je siliciumnitride en siliciumcarbide tot wel 1600 °C gebruiken. Boven deze temperatuur beginnen deze materialen te oxideren. Voor keramische oxiden ligt de maximale gebruikstemperatuur een beetje hoger. Deze materialen zijn niet gevoelig voor oxidatie; ze zijn immers al in oxide-vorm. Het verschijnsel kruip – vervorming door geringe maar continue belasting bij hoge temperatuur – begint bij deze extreem hoge temperaturen wel op te treden.

Met de combinatie van slechte elektrische geleiding en goede warmtegeleiding is aluminiumnitride (AlN) een curieus maar handig keramisch materiaal. Diamant heeft dezelfde eigenschappen, maar aluminiumnitride is praktischer toepasbaar, bijvoorbeeld binnen de elektronica.
Het vermogen om warmte te transporteren van een warme naar een koude omgeving is bijvoorbeeld van belang net onder een processor in een computer die warm wordt tijdens het rekenen, en die deze warmte moet afvoeren. Handig toch dat aluminiumnitride niet alleen een goede warmtegeleider is, maar ook een slechte elektrische geleider! Substraten voor elektronica en koelplaten (heat sinks) zijn typische toepassingen van aluminiumnitride binnen de ICT.
Warmtegeleiding in aluminiumnitride vindt plaats via roostertrillingen (fononen). Dit type warmtegeleiding is favoriet binnen materialen die uit lichte atomen bestaan, die sterke covalente atoombindingen hebben, en die een eenvoudige kristalstructuur bezitten. Kortom, voorwaarden die de voortgang van fononen bevorderen. Uiteraard mogen producten uit dit materiaal geen poriën, andere oneffenheden of onzuiverheden bevatten die fononen belemmeren bij hun transport, maar daar kunnen zorgvuldige keramische processtappen een oplossing bieden.
Aluminiumnitride is een goede warmtegeleider en siliciumcarbide doet het iets minder. Zirkoonoxide heeft een lage warmtegeleidbaarheid en is daardoor bij uitstek geschikt in warmte-isolerende thermal barrier coatings voor turbines.

Veelal elektrische isolatoren
Verreweg de meeste soorten keramiek zijn niet elektrisch geleidend. En dat komt goed van pas bij het gebruik van bijvoorbeeld porselein of aluminiumoxide als isolatoren in bougies of bij de ophanging van hoogspanningsleidingen. Voor elektrische geleiding zijn immers vrije, stromende elektronen nodig, en deze zitten ‘vast’ in de ionbindingen en de covalente bindingen van het keramiek. (Ander) elektrokeramiek zoals bariumtitanaat en lood-zirkonaat-titanaat (PZT) heeft speciale eigenschappen: deze materialen zijn niet elektrisch geleidend, maar worden gepolariseerd als je er een elektrisch veld over aanlegt. Siliciumcarbide valt onder de halfgeleiders; dit zijn materialen die pas elektrisch geleidend zijn als er een bepaalde kritische hoeveelheid energie aan wordt toegevoegd, bijvoorbeeld in de vorm van warmte. Alleen exotische keramische materialen als de supergeleider YBa₂Cu₃O_7-x hebben een extreem hoge elektrische geleidbaarheid onder extreme omstandigheden.