由于复合材料的多相性，严格来讲，复合材料无法像均匀材料那样在其内任一点处定义应力或应变，因为这个点可能落在基体内，也可能落在极细小的增强相上，它不能代表整个复合材料的特性。因此，复合材料内的应力和应变要另作定义。假设在复合材料内的一点附近有一个微小的单元体积，在这个单元体积内包含增强相和基体两种组分，并且单元体积尺度相对于增强相尺度足够大，能够代表整个复合材料的特性。设在该单元体积内各点的应变分量为，相应各点的应力分量为，取以下定义：

，

式中为单元体积；和分别称为体积平均应变和体积平均应力。用体积平均应变和体积平均应力来定义复合材料中的应变和应力，这样在理论上可以成立。值得注意的是，和表示应变向量和应力向量，分别代表相应的6个应变分量和6个应力分量。

对于任意多相复合材料来讲，根据平均应变定理和平均应力定理可知，体积平均应变和体积平均应力可以用相应表面上的均匀应变和均匀应力来代替，反之亦然。这意味着可以将这个微小的单元体积看作是复合材料中的一个点，这个微元的平均应力和应变关系被看作复合材料的有效本构关系，即将非均匀化的微元用一个具有上述平均应力-应变关系的均匀化微元材料来替代。

在研究复合材料的模量、强度等宏观特性时，在宏观的特征尺寸比上述微小单元体积尺寸大得多的情况下，就可以采用上述平均意义的分析方法，假定材料是宏观均匀的，将材料组分的影响仅作为复合材料的平均表现性能来加以考虑，研究它们的体积平均应变场和体积平均应力场等。通过这样的等效后，在复合材料结构应力分析时，就不再关心复合材料的微观结构和微观材料属性，这样得到的复合材料性能即为复合材料有效性质（即等效性质）。例如，对于均匀弹性材料，联系应变和应力的相关系数称为弹性系数。而在不均匀的复合材料中，联系“体积平均应变”和“体积平均应力”的相关系数可以称为“有效弹性系数”。