Številne trdne snovi in nekatere kristalne tekočine imajo redno, ponavljajočo se, tridimenzionalno razporeditev atomov, znano kot kristalna struktura ali kristalna mreža. Nasprotno pa je amorfna trdna snov vrsta trdnega materiala, kot je steklo, ki nima tako dolgotrajne ponavljajoče se strukture. Mnoge fizikalne, optične in električne lastnosti kristalnih trdnih snovi ali tekočin so tesno povezane s kristalno strukturo. Ponavljajoče se enote kristalne strukture, ki so sestavljene iz majhnih škatel ali drugih tridimenzionalnih oblik, imenujemo “celice”. Mnoge od teh celic so združene v ponavljajočo se, urejeno strukturo, ki sestavlja celotno strukturo.
Kristalna struktura danega kristalnega materiala lahko vpliva na številne splošne lastnosti tega materiala. To je na primer eden glavnih dejavnikov, ki vplivajo na optične lastnosti materiala. Kristalna struktura pomembno vpliva tudi na reaktivnost kristalnega materiala, saj določa razporeditev reaktivnih atomov na zunanjih robovih in ploskvah kristalne trdne ali tekočine. Druge pomembne lastnosti materiala, vključno z električnimi in magnetnimi lastnostmi nekaterih materialov, prav tako v veliki meri določa kristalna struktura.
Mineralogi, kristalografi, kemiki in fiziki pogosto preučujejo kristalne materiale v laboratorijskih okoljih. Nekatere preproste vidike kristalnih struktur je mogoče določiti s preprostimi geometrijskimi meritvami, vendar različne metode, ki temeljijo na uklonu rentgenskih žarkov, nevtronov, elektronov ali drugih delcev, omogočajo veliko lažje in natančnejše določanje strukture. Nekateri raziskovalci se ukvarjajo samo z določanjem strukture danega kristalnega materiala, medtem ko druge bolj zanima ugotavljanje, kako se ta struktura povezuje z drugimi lastnostmi materiala. Spet drugi raziskovalci se zanimajo za iskanje uporabnih aplikacij za različne materiale na podlagi njihovih struktur, nekateri pa celo poskušajo sintetizirati nove kristalne trdne snovi in tekočine na podlagi pričakovanih lastnosti njihovih želenih struktur.
Treba je opozoriti, da čeprav so teoretični kristalni materiali sestavljeni iz popolne in dosledne serije ponavljajočih se enot, imajo pravi kristali ponavadi pomanjkljivosti. Te pomanjkljivosti so v večini primerov preprosto nepravilnosti v sicer pravilni kristalni strukturi. V nekaterih primerih se to zgodi, ko en atom zavzame drugačno mesto v dani kristalni strukturi, kot bi običajno. Različne lastnosti tega atoma lahko močno vplivajo na to, kako se strukturne enote kristala razporedijo okoli njega. Prav tako lahko pomanjkljivosti ali nepravilnosti resničnih kristalov močno vplivajo na splošne lastnosti kristalnega materiala.