L'allineamento dei dipoli è in tutto simile a quanto accade per gli spin nei materiali magnetici. Pertanto se tutti i dipoli dovuti agli ottaedri TiO₆ distorti sono allineati nello stesso modo si ottiene un ferroelettrico (Figura a). Allo stesso modo si possono avere allineamenti antiferroelettrici (Figura b) o ferrielettrici (Figura c). Nella Figura ogni freccia rappresenta schematicamente un ottaedro TiO₆ distorto.

Nei ferroelettrici come BaTiO₃, si formano strutture a domini in cui dipoli adiacenti TiO₆ si allineano paralleli (Figura). I domini sono di dimensioni variabili ma sono di solito grandi, decine o centinaia di angstroms. Nell’ambito di ciascun dominio i dipoli hanno una orientazione comune. La polarizzazione netta di un materiale ferroelettrico è la risultante vettoriale della polarizzazione dei singoli domini.

L’applicazione di un campo elettrico ad un ferroelettrico porta a un cambio nella polarizzazione netta, in seguito a diversi processi possibili:

a) La direzione di polarizzazione dei domini può cambiare. Ciò accade se tutti i dipoli TiO₆ in un dominio cambiano la loro orientazione disponendosi come in un dominio adiacente.

b) Il valore di P in ogni dominio può crescere, specialmente se un certo grado di casualità nell’orientazione dei dipoli era presente prima dell’applicazione del campo.

c) La migrazione dei contorni dei domini può avvenire in modo che i domini orientati in modo favorevole crescono a spese dei vicini orientati meno favorevolmente, finchè si ottiene un unico dominio.

Lo stato ferrielettrico è caratteristico delle basse temperature in quanto aumentando il moto termico si distrugge l'ordinamento dei dipoli. La temperatura a cui questo avviene è appunto la temperatura ferroelettrica di Curie, T_c. Al di sopra di T_c il materiale si comporta da paraelettrico o, più semplicemente, non-ferroelettrico. La transizione che avviene a T_c è quindi un esempio di transizione di fase ordine-disordine.

Alti valori della costante dielettrica si osservano anche oltre T_c (Figura) ma non viene mantenuta alcuna polarizzazione residua in assenza di campo applicato.

Sopra T_c, e’ è dato dalla legge di Curie-Weiss

e' = C/(T - q)

dove C è la costante di Curie e q la temperatura di Curie-Weiss. Il comportamento secondo Curie-Weiss è caratterizzato da un plot lineare di (e')^-1 contro T. Normalmente T_c e q o coincidono o differiscono di pochi gradi.

Sono note varie centinaia di materiali ferroelettrici di cui un gran numero sono perovskiti con struttura distorta, che contengono cationi che si ‘trovano bene’ in un intorno ottaedrico distorto (Ti, Nb, Ta). Non tutte le perovskiti però sono ferroelettriche, ad esempio BaTiO₃ e PbTiO₃ lo sono mentre CaTiO₃ no. Ciò è probabilmente legato alle dimensioni ioniche, con gli ioni grandi che espandono la cella unitaria, provocando un allungamento delle distanze Ti-O e consentendo agli ioni Ti⁴⁺ più flessibilità di movimento all’interno degli ottaedri. Ci sono cationi che sono legati in modo asimmetrico agli ossigeni vicini. per via di coppie di non legame presenti nello strato di valenza. E' il caso di Sn²⁺, Pb²⁺, Bi³⁺, ecc.

Ossidi ferroelettrici sono utilizzati nei capacitori per le loro elevate costanti dielettriche, in particolare in prossimità di T_c (vedi Figura precedente).

Per massimizzare il valore di e' nelle applicazioni pratiche è necessario spostare il punto di Curie in modo da portarlo a temperatura ambiente. Il punto di Curie di BaTiO₃ è 120 ^°C, ma può essere abbassato quando gli ioni Ba²⁺ o Ti⁴⁺ vengono parzialmente sostituiti da altri ioni.

Una polarizzazione spontanea di tipo analogo si manifesta nei materiali antiferroelettrici. In questi, si formano ancora dipoli individuali ma disposti in modo antiparallelo rispetto ai dipoli adiacenti. Di conseguenza, la polarizzazione spontanea netta è zero. Sopra la temperatura di Curie antiferroelettrica il materiale ritorna al suo stato normale paraelettrico. Esempi di antiferroelettrici (con le relative temperature di Curie) sono: zirconato di piombo, PbZrO₃, 233 ^°C; niobato di sodio, NaNbO₃, 638 ^°C; ammonio diidrogenofosfato, NH₄H₂PO₄, -125⁰C.

Le caratteristiche degli antiferroelettrici sono piuttosto diverse da quelle dei ferroelettrici. Lo stato antiferroelettrico è non-polare e non si verifica l’isteresi, benchè si possa avere un grande aumento di e' vicino a T_c (per PbZrO₃, e' @ 100 a 200 ^°C, ma e' @ 3000 a 230 ^°C).

Talora l’arrangiamento antiparallelo dei dipoli nello stato antiferroelettrico è solo marginalmente più stabile dell’arrangiamento parallelo nello stato ferroelettrico, e una piccola variazione delle condizioni può dare luogo ad una transizione di fase.

Per esempio, l’applicazione di un campo elettrico a PbZrO₃ produce un cambiamento da antiferroelettrico a ferroelettrico (Figura). L’intensità del campo richiesto dipende dalla temperatura. Il comportamento della polarizzazione è il seguente: a basso campo non si ha isteresi e PbZrO₃ è antiferroelettrico; a campi alti positivi o negativi si hanno cicli di isteresi e PbZrO₃ is ferroelettrico.

Esiste un fenomeno di polarizzazione analogo in cui la struttura è antiferroelettrica solo in certe direzioni. Ad esempio, lungo la direzione x la polarizzazione netta è zero e la specie è antiferroelettrica, mentre nella direzione z si ha una netta polarizzazione spontanea (Figura).

Una tale struttura è nota come ferrielettrica; esempi sono Bi₄Ti₃O₁₂ e il tartrato monoidrato di litio e ammonio.

Il legame d’idrogeno può giocare un ruolo importante in certi materiali ferroelettrici e antiferroelettrici. KH₂PO₄ (ferroelettrico) e NH₄H₂PO₄ (antiferroelettrico) sono entrambi costituiti da tetraedri PO₄ isolati, che si collegano attraverso gli ioni K⁺, NH₄⁺ e legami d’idrogeno. I legami di idrogeno collegano ossigeni su tetraedri PO₄ adiacenti. Le due strutture differiscono principalmente nelle posizioni degli idrogeni nei legami d’idrogeno.

Ogni tetraedro forma legami con i quattro tetraedri adiacenti in un network superdiamante. In ciascun legame d’idrogeno O-H…O gli H sono spostati più vicini ad un ossigeno o all’altro. Per ogni unità PO₄ quindi due H sono ‘più vicini’ e due sono ‘più lontani’. Nelle forme paraelettriche ad alta temperatura di KH₂PO₄ e NH₄H₂PO₄ le posizioni H sono disposte in modo casuale a dare una struttura disordinata. Nella forma ferroelettrica, a bassa temperatura, di KH₂PO₄ gli idrogeni si dispongono ordinati in modo da essere tutti associati al lato superiore di ciascun tetraedro (Figura a).

Questi idrogeni sono responsabili indirettamente della polarizzazione spontanea nei tetraedri PO₄ perché gli atomi P si spostano, allontanandosi da questi atomi H. Ciò genera dipoli di direzione parallela all’asse cristallografico c. Per invertire la direzione dei dipoli non è necessario invertire fisicamente i tetraedri, ma basta semplicemente un piccolo movimento degli atomi H lungo il legame d’idrogeno per ottenere lo stesso effetto (Figura b).

Questo movimento di atomi H quasi perpendicolarmente a c porta a invertire i dipoli parallelamente a c.

Nella specie antiferroelettrica NH₄H₂PO₄, i due idrogeni di ciascun tetraedro sono associati con un ossigeno ‘superiore’ e un ossigeno ‘inferiore’ (Figura c); ciò crea dipoli in una direzione perpendicolare a c. Le direzioni dei dipoli su tetraedri adiacenti sono invertite e quindi la polarizzazione netta sull’intero cristallo è nulla.

La maggior applicazione commerciale dei materiali ferroelettrici è nella produzione dei capacitori e i materiali più usati sono il BaTiO₃ e il PZT (titanato zirconato di piombo) che sono usati sotto forma di ceramici policristallini. Le elevate costanti dielettriche di questi materiali, rispetto a quelle di materiali convenzionali quali TiO₂ o MgTiO₃ fanno sì che a parità di volume un capacitore abbia una capacitanza da 10 a 1000 volte maggiore. I ferroelettrici sono anche utilizzati nella produzione di termistori anche se in questo caso non si sfrutta la loro ferroelettricità quanto la loro resistività elettrica.