Många fasta ämnen och vissa kristallina vätskor har ett regelbundet, upprepande, tredimensionellt arrangemang av atomer som kallas en kristallstruktur eller kristallgitter. Däremot är ett amorft fast material en typ av fast material, såsom glas, som saknar en så lång räckvidd som upprepande struktur. Många av de fysikaliska, optiska och elektriska egenskaperna hos kristallina fasta ämnen eller vätskor är nära relaterade till kristallstrukturen. De återkommande enheterna i en kristallin struktur, som består av små lådor eller andra tredimensionella former, kallas ”celler”. Många av dessa celler är grupperade i en repeterande, ordnad struktur för att utgöra den övergripande strukturen.
Kristallstrukturen hos ett givet kristallint material kan påverka många av det materialets övergripande egenskaper. Det är en av de viktigaste avgörande faktorerna som påverkar materialets optiska egenskaper, till exempel. Kristallstrukturen påverkar också avsevärt reaktiviteten hos det kristallina materialet, eftersom det bestämmer arrangemanget av reaktiva atomer på de yttre kanterna och ytorna av det kristallina fasta materialet eller vätskan. Andra viktiga materialegenskaper, inklusive elektriska och magnetiska egenskaper hos vissa material, bestäms också till stor del av kristallstrukturen.
Mineraloger, kristallografer, kemister och fysiker studerar ofta kristallina material i laboratoriemiljöer. Vissa enkla aspekter av kristallstrukturer kan bestämmas genom enkla geometriska mätningar, men olika metoder baserade på diffraktionen av röntgenstrålar, neutroner, elektroner eller andra partiklar möjliggör mycket enklare och mer exakta strukturbestämningar. Vissa forskare är bara intresserade av att bestämma strukturen hos ett givet kristallint material medan andra är mer intresserade av att bestämma hur den strukturen ansluter till materialets andra egenskaper. Ytterligare andra forskare är intresserade av att hitta användbara tillämpningar för olika material baserat på deras strukturer, och vissa försöker till och med syntetisera nya kristallina fasta ämnen och vätskor baserat på de förväntade egenskaperna hos deras önskade strukturer.
Det bör noteras att även om teoretiska kristallina material är sammansatta av en perfekt och konsekvent serie av upprepade enheter, tenderar riktiga kristaller att ha brister. Dessa brister är i de flesta fall helt enkelt oregelbundenheter i den annars regelbundna kristallstrukturen. I vissa fall inträffar detta när en atom tar en annan plats i en given kristallstruktur än den normalt skulle göra. De olika egenskaperna hos denna atom kan ha betydande inverkan på hur kristallens strukturella enheter ordnar sig runt den. Likaså kan defekterna eller oregelbundenheterna hos riktiga kristaller ha betydande inverkan på det kristallina materialets totala egenskaper.