Daugelis kietųjų medžiagų ir kai kurių kristalinių skysčių turi reguliarų, pasikartojantį, trimatį atomų išsidėstymą, žinomą kaip kristalinė struktūra arba kristalinė gardelė. Priešingai, amorfinė kieta medžiaga yra kietos medžiagos, tokios kaip stiklas, rūšis, kuriai trūksta tokios ilgalaikės pasikartojančios struktūros. Daugelis fizinių, optinių ir elektrinių kristalinių kietųjų medžiagų ar skysčių savybių yra glaudžiai susijusios su kristalų struktūra. Pasikartojantys kristalinės struktūros vienetai, sudaryti iš mažų dėžučių ar kitų trimačių formų, vadinami „ląstelėmis“. Daugelis šių ląstelių yra sugrupuotos į pasikartojančią, tvarkingą struktūrą, kad sudarytų bendrą struktūrą.
Tam tikros kristalinės medžiagos kristalinė struktūra gali turėti įtakos daugeliui bendrų tos medžiagos savybių. Pavyzdžiui, tai yra vienas iš pagrindinių veiksnių, turinčių įtakos optinėms medžiagos savybėms. Kristalinė struktūra taip pat daro didelę įtaką kristalinės medžiagos reaktyvumui, nes ji lemia reaktyviųjų atomų išsidėstymą kristalinės kietos arba skystos medžiagos išoriniuose kraštuose ir paviršiuose. Kitas svarbias medžiagų savybes, įskaitant elektrines ir magnetines kai kurių medžiagų savybes, taip pat daugiausia lemia kristalų struktūra.
Mineralogai, kristalografai, chemikai ir fizikai dažnai tiria kristalines medžiagas laboratorijoje. Kai kuriuos paprastus kristalų struktūrų aspektus galima nustatyti atliekant paprastus geometrinius matavimus, tačiau įvairūs metodai, pagrįsti rentgeno spindulių, neutronų, elektronų ar kitų dalelių difrakcija, leidžia daug lengviau ir tiksliau nustatyti struktūrą. Kai kurie tyrinėtojai rūpinasi tik tam tikros kristalinės medžiagos struktūros nustatymu, o kiti yra labiau suinteresuoti nustatyti, kaip ši struktūra jungiasi su kitomis medžiagos savybėmis. Dar kiti tyrinėtojai yra suinteresuoti rasti naudingų pritaikymų įvairioms medžiagoms pagal jų struktūras, o kai kurie netgi bando susintetinti naujas kristalines kietąsias medžiagas ir skysčius, remdamiesi laukiamomis jų norimų struktūrų savybėmis.
Reikėtų pažymėti, kad nors teorinės kristalinės medžiagos yra sudarytos iš tobulų ir nuoseklių pasikartojančių vienetų serijos, tikrieji kristalai turi trūkumų. Šie trūkumai daugeliu atvejų yra tiesiog įprastinės kristalų struktūros nelygumai. Kai kuriais atvejais tai atsitinka, kai vienas atomas tam tikroje kristalų struktūroje užima kitokią vietą nei įprastai. Skirtingos šio atomo savybės gali turėti didelės įtakos tam, kaip kristalo struktūriniai vienetai išsidėsto aplink jį. Taip pat tikrų kristalų defektai ar nelygumai gali turėti didelės įtakos bendroms kristalinės medžiagos savybėms.