Viele Feststoffe und einige kristalline Flüssigkeiten haben eine regelmäßige, sich wiederholende, dreidimensionale Anordnung von Atomen, die als Kristallstruktur oder Kristallgitter bekannt ist. Im Gegensatz dazu ist ein amorpher Feststoff eine Art von festem Material, wie beispielsweise Glas, dem eine solche weitreichende sich wiederholende Struktur fehlt. Viele der physikalischen, optischen und elektrischen Eigenschaften kristalliner Feststoffe oder Flüssigkeiten hängen eng mit der Kristallstruktur zusammen. Die sich wiederholenden Einheiten einer kristallinen Struktur, die aus kleinen Kästchen oder anderen dreidimensionalen Formen bestehen, werden als „Zellen“ bezeichnet. Viele dieser Zellen sind in einer sich wiederholenden, geordneten Struktur gruppiert, um die Gesamtstruktur zu bilden.
Die Kristallstruktur eines bestimmten kristallinen Materials kann viele der Gesamteigenschaften dieses Materials beeinflussen. Sie ist beispielsweise einer der wichtigsten bestimmenden Faktoren für die optischen Eigenschaften des Materials. Die Kristallstruktur beeinflusst auch die Reaktivität des kristallinen Materials erheblich, da sie die Anordnung der reaktiven Atome an den Außenkanten und -flächen des kristallinen Festkörpers oder der Flüssigkeit bestimmt. Andere wichtige Materialeigenschaften, einschließlich der elektrischen und magnetischen Eigenschaften einiger Materialien, werden ebenfalls weitgehend durch die Kristallstruktur bestimmt.
Mineralogen, Kristallographen, Chemiker und Physiker untersuchen oft kristalline Materialien in Laborumgebungen. Einige einfache Aspekte von Kristallstrukturen können durch einfache geometrische Messungen bestimmt werden, aber verschiedene Methoden, die auf der Beugung von Röntgenstrahlen, Neutronen, Elektronen oder anderen Partikeln basieren, ermöglichen viel einfachere und genauere Strukturbestimmungen. Einige Forscher befassen sich nur mit der Bestimmung der Struktur eines bestimmten kristallinen Materials, während andere mehr daran interessiert sind, zu bestimmen, wie diese Struktur mit den anderen Eigenschaften des Materials zusammenhängt. Wieder andere Forscher sind daran interessiert, nützliche Anwendungen für verschiedene Materialien basierend auf ihren Strukturen zu finden, und einige versuchen sogar, neue kristalline Feststoffe und Flüssigkeiten basierend auf den erwarteten Eigenschaften ihrer gewünschten Strukturen zu synthetisieren.
Es sollte beachtet werden, dass, obwohl theoretische kristalline Materialien aus einer perfekten und konsistenten Reihe sich wiederholender Einheiten bestehen, echte Kristalle dazu neigen, Fehler zu haben. Diese Fehler sind in den meisten Fällen einfach Unregelmäßigkeiten in der ansonsten regelmäßigen Kristallstruktur. In einigen Fällen tritt dies auf, wenn ein Atom in einer bestimmten Kristallstruktur einen anderen Platz einnimmt, als es normalerweise der Fall wäre. Die unterschiedlichen Eigenschaften dieses Atoms können erheblichen Einfluss darauf haben, wie sich die Struktureinheiten des Kristalls um ihn herum anordnen. Ebenso können die Defekte oder Unregelmäßigkeiten echter Kristalle erhebliche Auswirkungen auf die Gesamteigenschaften des kristallinen Materials haben.