Banyak padatan dan beberapa cairan kristal memiliki susunan atom tiga dimensi yang teratur dan berulang yang dikenal sebagai struktur kristal atau kisi kristal. Sebaliknya, padatan amorf adalah jenis bahan padat, seperti kaca, yang tidak memiliki struktur pengulangan jarak jauh. Banyak sifat fisik, optik, dan listrik dari padatan atau cairan kristal terkait erat dengan struktur kristal. Unit berulang dari struktur kristal, yang terdiri dari kotak kecil atau bentuk tiga dimensi lainnya, disebut sebagai “sel.” Banyak dari sel-sel ini dikelompokkan bersama dalam struktur yang berulang dan teratur untuk membentuk struktur keseluruhan.
Struktur kristal dari bahan kristal tertentu dapat mempengaruhi banyak sifat keseluruhan bahan itu. Ini adalah salah satu faktor penentu utama yang mempengaruhi sifat optik material, misalnya. Struktur kristal juga secara signifikan mempengaruhi reaktivitas bahan kristal, karena menentukan susunan atom reaktif di tepi luar dan permukaan kristal padat atau cair. Sifat material penting lainnya, termasuk sifat listrik dan magnet dari beberapa material, juga sangat ditentukan oleh struktur kristal.
Mineralogists, crystallographers, ahli kimia, dan fisikawan sering mempelajari bahan kristal dalam pengaturan laboratorium. Beberapa aspek sederhana dari struktur kristal dapat ditentukan melalui pengukuran geometris sederhana, tetapi berbagai metode berdasarkan difraksi sinar-x, neutron, elektron, atau partikel lain memungkinkan penentuan struktur yang jauh lebih mudah dan akurat. Beberapa peneliti hanya peduli dengan menentukan struktur bahan kristal tertentu sementara yang lain lebih tertarik untuk menentukan bagaimana struktur itu terhubung ke sifat material lainnya. Masih peneliti lain tertarik untuk menemukan aplikasi yang berguna untuk berbagai bahan berdasarkan strukturnya, dan beberapa bahkan mencoba untuk mensintesis padatan dan cairan kristal baru berdasarkan sifat yang diharapkan dari struktur yang diinginkan.
Perlu dicatat bahwa, meskipun bahan kristal teoretis terdiri dari rangkaian unit berulang yang sempurna dan konsisten, kristal nyata cenderung memiliki kekurangan. Cacat ini, dalam banyak kasus, hanyalah ketidakteraturan dalam struktur kristal biasa. Dalam beberapa kasus, ini terjadi ketika satu atom mengambil tempat yang berbeda dalam struktur kristal tertentu daripada biasanya. Sifat yang berbeda dari atom ini dapat memiliki dampak besar pada bagaimana unit struktural kristal mengatur diri di sekitarnya. Demikian juga, cacat atau ketidakteraturan kristal nyata dapat memiliki dampak besar pada sifat keseluruhan bahan kristal.