Mnoge krute tvari i neke kristalne tekućine imaju pravilan, ponavljajući, trodimenzionalni raspored atoma poznat kao kristalna struktura ili kristalna rešetka. Nasuprot tome, amorfna krutina je vrsta čvrstog materijala, kao što je staklo, kojem nedostaje tako dugotrajna ponavljajuća struktura. Mnoga fizička, optička i električna svojstva kristalnih čvrstih tvari ili tekućina usko su povezana s kristalnom strukturom. Ponavljajuće jedinice kristalne strukture, koje se sastoje od malih kutija ili drugih trodimenzionalnih oblika, nazivaju se “stanicama”. Mnoge od tih stanica grupirane su zajedno u ponavljajuću, uređenu strukturu kako bi tvorile cjelokupnu strukturu.
Kristalna struktura datog kristalnog materijala može utjecati na mnoga ukupna svojstva tog materijala. To je, na primjer, jedan od glavnih čimbenika koji utječu na optička svojstva materijala. Kristalna struktura također značajno utječe na reaktivnost kristalnog materijala, jer određuje raspored reaktivnih atoma na vanjskim rubovima i površinama kristalne krutine ili tekućine. Ostale važne osobine materijala, uključujući električna i magnetska svojstva nekih materijala, također su uglavnom određene kristalnom strukturom.
Mineralozi, kristalografi, kemičari i fizičari često proučavaju kristalne materijale u laboratorijskim uvjetima. Neki jednostavni aspekti kristalnih struktura mogu se odrediti jednostavnim geometrijskim mjerenjima, ali različite metode temeljene na difrakciji x-zraka, neutrona, elektrona ili drugih čestica omogućuju mnogo lakše i točnije određivanje strukture. Neki istraživači se bave samo određivanjem strukture danog kristalnog materijala, dok su drugi više zainteresirani za utvrđivanje kako se ta struktura povezuje s drugim svojstvima materijala. Drugi istraživači su zainteresirani za pronalaženje korisnih primjena za različite materijale na temelju njihove strukture, a neki čak pokušavaju sintetizirati nove kristalne čvrste tvari i tekućine na temelju očekivanih svojstava svojih željenih struktura.
Treba napomenuti da, iako su teoretski kristalni materijali sastavljeni od savršenog i dosljednog niza ponovljenih jedinica, pravi kristali obično imaju nedostatke. Ti nedostaci su, u većini slučajeva, jednostavno nepravilnosti u inače pravilnoj kristalnoj strukturi. U nekim slučajevima, to se događa kada jedan atom zauzme drugačije mjesto u danoj kristalnoj strukturi nego što bi to inače bio slučaj. Različita svojstva ovog atoma mogu imati značajan utjecaj na to kako se strukturne jedinice kristala raspoređuju oko njega. Isto tako, defekti ili nepravilnosti pravih kristala mogu imati značajan utjecaj na ukupna svojstva kristalnog materijala.