Daudzām cietām vielām un dažiem kristāliskiem šķidrumiem ir regulārs, atkārtots, trīsdimensiju atomu izvietojums, kas pazīstams kā kristāla struktūra vai kristāla režģis. Turpretim amorfa cieta viela ir cieta materiāla veids, piemēram, stikls, kam trūkst tik liela attāluma atkārtojošas struktūras. Daudzas kristālisku cietvielu vai šķidrumu fizikālās, optiskās un elektriskās īpašības ir cieši saistītas ar kristāla struktūru. Atkārtotas kristāliskas struktūras vienības, kas sastāv no mazām kastītēm vai citām trīsdimensiju formām, sauc par “šūnām”. Daudzas no šīm šūnām ir sagrupētas atkārtotā, sakārtotā struktūrā, lai izveidotu kopējo struktūru.
Noteikta kristāliskā materiāla kristāliskā struktūra var ietekmēt daudzas šī materiāla vispārējās īpašības. Tas ir viens no galvenajiem faktoriem, kas ietekmē, piemēram, materiāla optiskās īpašības. Kristāla struktūra būtiski ietekmē arī kristāliskā materiāla reaktivitāti, jo tā nosaka reaktīvo atomu izvietojumu uz kristāliskas cietas vai šķidruma ārējām malām un virsmām. Citas svarīgas materiālu īpašības, tostarp dažu materiālu elektriskās un magnētiskās īpašības, arī lielā mērā nosaka kristāla struktūra.
Mineralogi, kristalogrāfi, ķīmiķi un fiziķi bieži pēta kristāliskos materiālus laboratorijas apstākļos. Dažus vienkāršus kristāla struktūru aspektus var noteikt, veicot vienkāršus ģeometriskus mērījumus, taču dažādas metodes, kuru pamatā ir rentgenstaru, neitronu, elektronu vai citu daļiņu difrakcija, ļauj daudz vieglāk un precīzāk noteikt struktūru. Daži pētnieki nodarbojas tikai ar konkrētā kristāliskā materiāla struktūras noteikšanu, savukārt citi ir vairāk ieinteresēti noteikt, kā šī struktūra savienojas ar materiāla citām īpašībām. Vēl citi pētnieki ir ieinteresēti atrast noderīgus pielietojumus dažādiem materiāliem, pamatojoties uz to struktūrām, un daži pat mēģina sintezēt jaunas kristāliskas cietas vielas un šķidrumus, pamatojoties uz to vēlamo struktūru paredzamajām īpašībām.
Jāatzīmē, ka, lai gan teorētiskie kristāliskie materiāli sastāv no perfektām un konsekventām atkārtotu vienību sērijām, reāliem kristāliem mēdz būt trūkumi. Šie trūkumi vairumā gadījumu ir vienkārši nelīdzenumi citādi regulārā kristāla struktūrā. Dažos gadījumos tas notiek, kad viens atoms noteiktā kristāla struktūrā ieņem citu vietu nekā parasti. Šī atoma dažādās īpašības var būtiski ietekmēt to, kā kristāla strukturālās vienības izkārtojas ap to. Tāpat īstu kristālu defekti vai nelīdzenumi var būtiski ietekmēt kristāliskā materiāla vispārējās īpašības.