Kvarcni oscilator je elektronički sklop koji generira signal na frekvenciji koju određuje kvarcni kristal formiran od silicija i kisika. Piezoelektrično svojstvo kvarca čini ga vrlo dobrim rezonatorom od desetaka kiloherca (KHz) do stotina megaherca (MHz). Oscilator kvarcnog kristala obično je dizajniran da radi samo na jednoj preciznoj frekvenciji. Ovi oscilatori se koriste za stvaranje stabilnih frekvencija u mobitelima, prijamnicima globalnog sustava pozicioniranja (GPS) i dvosmjernim radijima. Također se koriste za precizno mjerenje vremena u satovima, računalima i drugoj elektroničkoj opremi.
Kristal od piezoelektričnog materijala kao što je kvarc može neznatno promijeniti oblik kada se napon primijeni na elektrodu na kristalu. Nakon što se taj napon ukloni, kristal se može vratiti u svoj izvorni oblik i generirati napon dok to radi. Otkriveno 1880. i nazvano piezoelektričnost, ovo svojstvo je ključno za rad oscilatora. Tijekom vremena provedeni su eksperimenti s različitim kristalnim materijalima, a prvi kvarcni oscilator sastavljen je kasnih 1910-ih. Od 1920-ih, kvarcni kristalni oscilatori često se koriste u satovima, kao iu amaterskoj, komercijalnoj i vojnoj radio opremi.
Kada se kvarcni oscilator prvi put uključi, krug uvodi nasumični šum u kristal. Dio tog šuma uvijek će biti na rezonantnoj frekvenciji kristala, što uzrokuje osciliranje kristala. Napon koji stvara kristal kako mijenja oblik pojačava se kvarcnim oscilatornim krugom i vraća se natrag u kristalni rezonator. Kako se ovaj proces ponavlja, signali unutar ograničenog frekvencijskog pojasa kristala postat će jači dok će se druge frekvencije filtrirati. Kada završi ovo razdoblje “zagrijavanja”, oscilator će raditi točno na svojoj predviđenoj frekvenciji.
Oblik, veličina i rez kvarcnog kristala određuju koliko se brzo širi i skuplja. Kvarcni oscilator može raditi ovom brzinom, koja se naziva njegova rezonantna frekvencija. Također može raditi na frekvenciji prizvuka, koja je višekratnik rezonantne frekvencije. Dok se kristali kvarca prirodno pojavljuju u okolišu, vrlo velik broj ih se proizvodi kako bi se povećao prinos i opskrba fizički upotrebljivim kristalima.
Na izlaznu frekvenciju kvarcnog oscilatora mogu utjecati različiti vanjski čimbenici, uključujući temperaturu, pa čak i naglo ubrzanje. Zračenje će također utjecati na frekvenciju, bilo da se radi o kozmičkim zrakama u letjelici, rendgenskim zrakama ili pulsu ionizirajućeg zračenja. Neki od ovih čimbenika mogu se kompenzirati dodatnim sklopom koji prati uvjete i sukladno tome prilagođava izlaz oscilatora. Neki kvarcni oscilatori uključuju precizno kontroliranu pećnicu s kristalom unutra kako bi se kompenzirale promjene temperature. Kvarcni kristali se također mogu “očistiti” ili očvrsnuti protiv zračenja pečenjem u specijaliziranoj atmosferi i električnom polju.