Muchos sólidos y algunos líquidos cristalinos tienen una disposición tridimensional regular de átomos conocida como estructura cristalina o red cristalina. Por el contrario, un sólido amorfo es un tipo de material sólido, como el vidrio, que carece de una estructura repetitiva de largo alcance. Muchas de las propiedades físicas, ópticas y eléctricas de los sólidos o líquidos cristalinos están estrechamente relacionadas con la estructura del cristal. Las unidades repetidas de una estructura cristalina, que se componen de pequeñas cajas u otras formas tridimensionales, se denominan «células». Muchas de estas células están agrupadas en una estructura ordenada y repetida para formar la estructura general.
La estructura cristalina de un material cristalino determinado puede afectar muchas de las propiedades generales de ese material. Es uno de los principales factores definitorios que afectan las propiedades ópticas del material, por ejemplo. La estructura cristalina también afecta significativamente la reactividad del material cristalino, ya que determina la disposición de los átomos reactivos en los bordes y caras exteriores del sólido o líquido cristalino. Otros rasgos importantes de los materiales, incluidas las propiedades eléctricas y magnéticas de algunos materiales, también están determinados en gran medida por la estructura cristalina.
Mineralogistas, cristalógrafos, químicos y físicos a menudo estudian materiales cristalinos en entornos de laboratorio. Algunos aspectos simples de las estructuras cristalinas se pueden determinar mediante simples mediciones geométricas, pero varios métodos basados en la difracción de rayos X, neutrones, electrones u otras partículas permiten determinaciones de estructura mucho más fáciles y precisas. Algunos investigadores solo se preocupan por determinar la estructura de un material cristalino dado, mientras que otros están más interesados en determinar cómo esa estructura se conecta con las otras propiedades del material. Otros investigadores están interesados en encontrar aplicaciones útiles para varios materiales basados en sus estructuras, y algunos incluso intentan sintetizar nuevos sólidos y líquidos cristalinos basados en las propiedades esperadas de sus estructuras deseadas.
Cabe señalar que, aunque los materiales cristalinos teóricos están compuestos por una serie perfecta y consistente de unidades repetidas, los cristales reales tienden a tener defectos. Estos defectos son, en la mayoría de los casos, simplemente irregularidades en la estructura cristalina que de otro modo sería regular. En algunos casos, esto ocurre cuando un átomo ocupa un lugar diferente en una estructura cristalina dada de lo que lo haría normalmente. Las diferentes propiedades de este átomo pueden tener impactos sustanciales en cómo las unidades estructurales del cristal se organizan alrededor de él. Asimismo, los defectos o irregularidades de los cristales reales pueden tener impactos sustanciales en las propiedades generales del material cristalino.