ของแข็งจำนวนมากและของเหลวผลึกบางชนิดมีการจัดเรียงอะตอมแบบสามมิติซ้ำ ๆ กันที่รู้จักกันในชื่อโครงสร้างผลึกหรือผลึกคริสตัล ในทางตรงกันข้ามของแข็งที่เป็นสัณฐานนั้นเป็นวัสดุของแข็งชนิดหนึ่งเช่นแก้วซึ่งขาดโครงสร้างการทำซ้ำระยะยาวเช่นนั้น คุณสมบัติทางกายภาพออปติคัลและไฟฟ้าจำนวนมากของของแข็งผลึกหรือของเหลวเกี่ยวข้องกับโครงสร้างผลึกอย่างใกล้ชิด หน่วยทำซ้ำของโครงสร้างผลึกซึ่งประกอบด้วยกล่องเล็ก ๆ หรือรูปทรงสามมิติอื่น ๆ เรียกว่า "เซลล์" เซลล์เหล่านี้จำนวนมากถูกจัดกลุ่มเข้าด้วยกันในโครงสร้างที่ทำซ้ำและเป็นระเบียบเพื่อสร้างโครงสร้างโดยรวม
โครงสร้างผลึกของวัสดุผลึกให้มีผลต่อคุณสมบัติโดยรวมของวัสดุหลายชนิด มันเป็นหนึ่งในปัจจัยการกำหนดที่สำคัญที่มีผลต่อคุณสมบัติทางแสงของวัสดุเช่น โครงสร้างผลึกมีผลต่อปฏิกิริยาของวัสดุผลึกอย่างมีนัยสำคัญเนื่องจากมันจะกำหนดการจัดเรียงของอะตอมปฏิกิริยาบนขอบด้านนอกและใบหน้าของผลึกของแข็งหรือของเหลว ลักษณะของวัสดุที่สำคัญอื่น ๆ รวมถึงคุณสมบัติทางไฟฟ้าและแม่เหล็กของวัสดุบางชนิดนั้นยังถูกกำหนดโดยโครงสร้างผลึกเป็นส่วนใหญ่
นักแร่วิทยานักตกผลึกนักเคมีและนักฟิสิกส์มักศึกษาวัสดุที่เป็นผลึกในห้องปฏิบัติการ โครงสร้างผลึกบางอย่างสามารถระบุได้ด้วยการวัดทางเรขาคณิตอย่างง่าย ๆ แต่วิธีการต่าง ๆ ตามการเลี้ยวเบนของรังสีเอกซ์นิวตรอนอิเล็กตรอนหรืออนุภาคอื่น ๆ ช่วยให้การกำหนดโครงสร้างทำได้ง่ายและแม่นยำยิ่งขึ้น นักวิจัยบางคนกังวลเฉพาะกับการกำหนดโครงสร้างของวัสดุผลึกที่กำหนดในขณะที่คนอื่นสนใจในการพิจารณาว่าโครงสร้างนั้นเชื่อมต่อกับคุณสมบัติอื่นของวัสดุอย่างไร นักวิจัยคนอื่น ๆ ยังสนใจที่จะหาแอปพลิเคชั่นที่มีประโยชน์สำหรับวัสดุต่าง ๆ ตามโครงสร้างของพวกมันและบางคนก็พยายามสังเคราะห์ผลึกของแข็งและของเหลวใหม่โดยอิงจากคุณสมบัติที่คาดหวังของโครงสร้างที่ต้องการ
มันควรจะสังเกตว่าแม้ว่าวัสดุผลึกเชิงทฤษฎีจะประกอบด้วยชุดซ้ำของหน่วยซ้ำซ้อนที่สมบูรณ์แบบและผลึกจริงมีแนวโน้มที่จะมีข้อบกพร่อง โดยทั่วไปแล้วข้อบกพร่องเหล่านี้เป็นเพียงความผิดปกติในโครงสร้างผลึกปกติเท่านั้น ในบางกรณีสิ่งนี้เกิดขึ้นเมื่ออะตอมหนึ่งเกิดขึ้นในโครงสร้างผลึกที่กำหนดมากกว่าปกติ คุณสมบัติที่แตกต่างกันของอะตอมนี้สามารถมีผลกระทบอย่างมากต่อวิธีที่หน่วยโครงสร้างของผลึกจัดเรียงตัวเองรอบ ๆ มัน เช่นเดียวกันข้อบกพร่องหรือความผิดปกติของผลึกจริงอาจมีผลกระทบอย่างมากต่อคุณสมบัติโดยรวมของวัสดุผลึก
