Mikrostruktūra ir veids, kā materiāls sanāk ļoti mazā mērogā. Objekta mikrostruktūra nav redzama ar neapbruņotu aci, lai gan mikroskopiskā līmenī esošie modeļi var atkārtot lielākā līmenī. Šis lielākais līmenis ir makroskopiskais līmenis; tas sniegs novērotājam pamata priekšstatu par materiāla pamatā esošo dizainu. Objekta mikrostruktūra nosaka lielāko daļu tā fizikālo īpašību. Ir četras galvenās kategorijas, kurās materiāli iedalās, pamatojoties uz to mikrostruktūru: keramika, metālisks, polimērs un kompozīts.
Šķiet, ka materiāla fiziskā struktūra mainīsies atkarībā no tā, cik cieši uz to skatāties. Kad objekts tiek turēts rokas stiepiena attālumā, tas izskatās savādāk nekā tad, ja tas atrodas rokas platumā no cilvēka sejas. Tas pats notiek, ja objektu novēro mikroskopā. Lai izveidotu standarta mikrostruktūras definīciju, palielinājuma jauda, ko izmanto, lai to aplūkotu, nepārsniedz 25x.
Ja struktūra tiek novērota ar lielāku vai mazāku jaudu, tā izskatās savādāk. Šīs citas novērojamās struktūras, īpaši mazākās, var būtiski ietekmēt objekta īpašības. Tā vietā, lai paplašinātu mikrostruktūras definīciju, elementi, kas veido mikrostruktūru, tiek mainīti, lai pielāgotos pamata struktūras atšķirībām.
Kā piemēru var aplūkot makroskopisko pasauli. Ja novērotais objekts būtu lielceļu sistēma, mikrostruktūra būtu ceļš. Dažādi ceļi ir izgatavoti no dažādiem materiāliem, un tāpēc tiem ir dažādas īpašības. Tādējādi ceļš tiek sadalīts ceļu tipos.
Parasti mikrostruktūru novēro, paņemot papīra plānas objekta šķēles un ievietojot tās mikroskopā. Šīs šķēles ir tik plānas, ka caur tām spīd gaisma un izceļ pamatā esošo struktūru. Atkarībā no novērotā materiāla var izmantot citas metodes, piemēram, elektronu mikroskopiju vai rentgena starus.
Redzot esošos materiālus un novērojot to mijiedarbības veidu, ir iespējams paredzēt, kā materiāls darbosies makroskopiskā līmenī. Dažiem materiāliem ir noteiktas īpašības, tāpēc, kad tie ir klāt, tie nodod šīs īpašības materiālam kopumā. To pamatā esošā struktūra arī parāda, kā materiāls darbosies. Piemēram, materiāls, kura konstrukcija ir izvietota garās nesavienojošās plāksnēs, var būt pakļauts lūzumam vai locīšanai.
Šīs īpašības apvieno, lai sniegtu materiālam plašu klasifikāciju. Šīs klases norāda materiāla pamatīpašības bez nepieciešamības novērot tā faktisko struktūru. Trīs no tiem – keramikas, metāla un polimēru – ir tīras noteikta veida struktūras kolekcijas. Ceturtais, saliktais, ir trīs pamatveidu maisījums.