Oscylator kwarcowy to obwód elektroniczny, który generuje sygnał o częstotliwości określonej przez kryształ kwarcowy utworzony z krzemu i tlenu. Piezoelektryczne właściwości kwarcu sprawiają, że jest on bardzo dobrym rezonatorem od dziesiątek kiloherców (KHz) do setek megaherców (MHz). Oscylator kwarcowy jest zwykle zaprojektowany do działania tylko z jedną precyzyjną częstotliwością. Oscylatory te są wykorzystywane do tworzenia stabilnych częstotliwości w telefonach komórkowych, odbiornikach GPS (Global Positioning System) i radiotelefonach. Służą również do precyzyjnego pomiaru czasu w zegarkach, komputerach i innym sprzęcie elektronicznym.
Kryształ materiału piezoelektrycznego, takiego jak kwarc, może nieznacznie zmienić kształt po przyłożeniu napięcia do elektrody na krysztale. Po usunięciu tego napięcia kryształ może powrócić do swojego pierwotnego kształtu i generować napięcie. Odkryta w 1880 roku i nazwana piezoelektrycznością, ta właściwość ma kluczowe znaczenie dla działania oscylatora. Eksperymenty prowadzono z różnymi materiałami kryształowymi w czasie, a pierwszy oscylator kwarcowy został zmontowany pod koniec 1910 roku. Od lat dwudziestych oscylatory kwarcowe były często stosowane w zegarach, a także w amatorskim, komercyjnym i wojskowym sprzęcie radiowym.
Kiedy oscylator kwarcowy jest po raz pierwszy włączony, obwód wprowadza losowy sygnał szumu do kryształu. Część tego szumu zawsze będzie miała częstotliwość rezonansową kryształu, co powoduje drgania kryształu. Napięcie wytwarzane przez kryształ podczas zmiany kształtu jest wzmacniane przez obwód oscylatora kwarcowego i zwracane do rezonatora kwarcowego. Gdy ten proces się powtarza, sygnały w ograniczonym paśmie częstotliwości kryształu staną się silniejsze, podczas gdy inne częstotliwości zostaną odfiltrowane. Po zakończeniu tego okresu „rozgrzewania” oscylator będzie działał dokładnie z zaprojektowaną częstotliwością.
Kształt, wielkość i szlif kryształu kwarcu określają szybkość jego rozszerzania się i kurczenia. Oscylator kwarcowy może działać w takim tempie, zwanym jego częstotliwością rezonansową. Może również działać z częstotliwością nadtonową, która jest wielokrotnością częstotliwości rezonansowej. Podczas gdy kryształy kwarcu występują naturalnie w środowisku, wytwarza się ich bardzo dużą liczbę w celu zwiększenia wydajności i podaży kryształów nadających się do użytku fizycznego.
Na częstotliwość wyjściową oscylatora kwarcowego może mieć wpływ szereg czynników zewnętrznych, w tym temperatura, a nawet nagłe przyspieszenie. Promieniowanie wpłynie również na częstotliwość, niezależnie od tego, czy pochodzi ona z promieni kosmicznych w statku kosmicznym, promieniowania rentgenowskiego czy impulsu promieniowania jonizującego. Niektóre z tych czynników można skompensować dodatkowymi obwodami, które monitorują warunki i odpowiednio dostosowują wyjście oscylatora. Niektóre oscylatory kwarcowe zawierają precyzyjnie sterowany piekarnik z kryształem w środku, aby skompensować zmiany temperatury. Kryształy kwarcu można również „zamiatać” lub utwardzać przed promieniowaniem poprzez wypalanie ich w specjalnej atmosferze i polu elektrycznym.