Symmetrie bezeichnet in der Werkstoffforschung die Invarianz eines Systems gegenüber bestimmten Transformationen, etwa Translation, Rotation, Spiegelung oder Zeitumkehr. Symmetrien sind zentral für das Verständnis von Struktur, Eigenschaften und Wechselwirkungen in kristallinen und amorphen Materialien.

Strukturelle Symmetrie beschreibt die räumliche Anordnung von Atomen oder Molekülen. In kristallinen Festkörpern werden diese durch Punktgruppen und Raumgruppen formalisiert. Die vorhandenen Symmetrieelemente bestimmen u. a. Anisotropie von elastischen, dielektrischen und optischen Eigenschaften, zulässige ferroelektrische oder ferroelastische Zustände sowie Auswahlregeln in der Spektroskopie. Symmetriebrüche, z. B. bei Phasenübergängen, führen zu neuen Ordnungsparametern und oft zu Funktionalität (etwa piezoelektrische oder multiferroische Effekte).

Modellsymmetrien beziehen sich auf theoretische und numerische Beschreibungen, z. B. Kontinuumsmodelle, Gittermodelle oder Dichtefunktionaltheorie. Die zugrunde liegenden Symmetrien (Translationsinvarianz, Rotationsinvarianz, Galilei- oder Lorentz-Invarianz) beschränken die Form zulässiger Feldgleichungen, Energiefunktionen und Kopplungsterme. Erhaltungssätze (Impuls-, Energie-, Ladungserhaltung) können über Noether-Theoreme direkt mit kontinuierlichen Symmetrien verknüpft werden.

In der modernen Werkstoffwissenschaft werden Symmetrien gezielt genutzt: zur Reduktion des Rechenaufwands in Simulationen, zur systematischen Klassifikation von Phasen (z. B. topologische Isolatoren, Suprafestkörper) und zur datengetriebenen Materials Discovery, indem Symmetrieinformationen in Deskriptoren und Machine-Learning-Modelle eingebettet werden.