Mikrostruktūra yra būdas, kuriuo medžiaga susijungia labai mažu mastu. Objekto mikrostruktūra nėra matoma plika akimi, nors mikroskopiniame lygyje esantys modeliai gali kartotis didesniame lygyje. Šis didesnis lygis yra makroskopinis lygis; stebėtojas susidarys pagrindinį įspūdį apie pagrindinį medžiagos dizainą. Objekto mikrostruktūra lemia daugumą jo fizinių savybių. Pagal jų mikrostruktūrą medžiagos skirstomos į keturias pagrindines kategorijas: keraminė, metalinė, polimerinė ir kompozitinė.
Atrodo, kad medžiagos fizinė struktūra pasikeis priklausomai nuo to, kaip atidžiai į ją žiūrite. Kai daiktas laikomas ištiestos rankos atstumu, jis atrodo kitaip nei tada, kai jis yra rankos plotyje nuo žmogaus veido. Tas pats pasakytina ir tada, kai objektas stebimas mikroskopu. Norint sukurti standartinį mikrostruktūros apibrėžimą, į ją žiūrint naudojama padidinimo galia yra ne didesnė kaip 25 kartus.
Kai struktūra stebima esant didesnei ar mažesnei galiai, ji atrodo kitaip. Šios kitos stebimos struktūros, ypač mažesnės, gali turėti didelės įtakos objekto savybėms. Užuot išplėtus mikrostruktūros apibrėžimą, mikrostruktūrą sudarantys elementai pakeičiami, kad būtų pritaikyti pagrindinės struktūros skirtumai.
Kaip pavyzdį galima pažvelgti į makroskopinį pasaulį. Jei stebimas greitkelių sistema, mikrostruktūra būtų kelias. Skirtingi keliai yra pagaminti iš skirtingų medžiagų, todėl turi skirtingas savybes. Taigi kelias skirstomas į kelių tipus.
Paprastai mikrostruktūra stebima paimant popierinius plonus objekto gabalėlius ir dedant jas po mikroskopu. Šie griežinėliai yra tokie ploni, kad pro juos prasiskverbia šviesa ir išryškina pagrindinę struktūrą. Atsižvelgiant į stebimą medžiagą, gali būti naudojami kiti metodai, pvz., elektroninė mikroskopija arba rentgeno spinduliai.
Matant esamas medžiagas ir stebint jų sąveiką, galima numatyti, kaip medžiaga veiks makroskopiniu lygmeniu. Tam tikros medžiagos turi tam tikrų savybių, todėl kai jų yra, jos perduoda šias savybes visai medžiagai. Jų pagrindinė struktūra taip pat parodo, kaip medžiaga veiks. Pavyzdžiui, medžiaga, kurios konstrukcija yra išdėstyta ilgose nesusijungiančiose plokštėse, gali būti linkusi lūžti arba sulenkti.
Dėl šių savybių medžiaga yra plačiai klasifikuojama. Šios klasės nurodo pagrindines medžiagos savybes, nereikia stebėti tikrosios jos struktūros. Trys iš jų – keraminės, metalinės ir polimerinės – yra grynos tam tikros rūšies struktūros kolekcijos. Ketvirtasis, sudėtinis, yra trijų pagrindinių rūšių mišinys.