Multe solide și unele lichide cristaline au un aranjament regulat, repetat, tridimensional al atomilor, cunoscut sub numele de structură cristalină sau rețea cristalină. În contrast, un solid amorf este un tip de material solid, cum ar fi sticla, căruia îi lipsește o structură repetată atât de lungă. Multe dintre proprietățile fizice, optice și electrice ale solidelor sau lichidelor cristaline sunt strâns legate de structura cristalină. Unitățile care se repetă ale unei structuri cristaline, care sunt formate din cutii mici sau alte forme tridimensionale, sunt denumite „celule”. Multe dintre aceste celule sunt grupate într-o structură repetată, ordonată, pentru a alcătui structura generală.
Structura cristalină a unui material cristalin poate afecta multe dintre proprietățile generale ale acelui material. Este unul dintre factorii definitori majori care afectează proprietățile optice ale materialului, de exemplu. Structura cristalină afectează, de asemenea, semnificativ reactivitatea materialului cristalin, deoarece determină aranjarea atomilor reactivi pe marginile exterioare și pe fețele solidului sau lichidului cristalin. Alte trăsături importante ale materialelor, inclusiv proprietățile electrice și magnetice ale unor materiale, sunt, de asemenea, determinate în mare măsură de structura cristalină.
Mineralogii, cristalografii, chimiștii și fizicienii studiază adesea materialele cristaline în medii de laborator. Unele aspecte simple ale structurilor cristaline pot fi determinate prin măsurători geometrice simple, dar diferite metode bazate pe difracția de raze X, neutroni, electroni sau alte particule permit determinări mult mai ușoare și mai precise ale structurii. Unii cercetători sunt preocupați doar de determinarea structurii unui anumit material cristalin, în timp ce alții sunt mai interesați de determinarea modului în care acea structură se conectează la celelalte proprietăți ale materialului. Alți cercetători sunt interesați să găsească aplicații utile pentru diferite materiale pe baza structurilor lor, iar unii chiar încearcă să sintetizeze noi solide și lichide cristaline pe baza proprietăților așteptate ale structurilor dorite.
Trebuie remarcat faptul că, deși materialele cristaline teoretice sunt compuse dintr-o serie perfectă și consistentă de unități repetate, cristalele reale tind să aibă defecte. Aceste defecte sunt, în cele mai multe cazuri, pur și simplu nereguli în structura cristalină normală. În unele cazuri, acest lucru se întâmplă atunci când un atom ocupă un loc diferit într-o structură cristalină dată decât ar avea în mod normal. Diferitele proprietăți ale acestui atom pot avea un impact substanțial asupra modului în care unitățile structurale ale cristalului se aranjează în jurul lui. De asemenea, defectele sau neregularitățile cristalelor reale pot avea un impact substanțial asupra proprietăților generale ale materialului cristalin.