Biomineralien sind anorganische Festkörper, die von lebenden Organismen unter streng biologischer Kontrolle gebildet werden. Typische Beispiele sind Calciumcarbonat in Muschel- und Foraminiferen-Schalen, Siliciumdioxid in Diatomeen-Frusteln sowie Hydroxylapatit in Knochen und Zähnen. Im Unterschied zu geologisch entstandenen Mineralen sind Biomineralien hierarchisch organisiert und eng mit organischen Matrizes (Proteine, Polysaccharide, Lipide) gekoppelt.

Die Biomineralisation erfolgt über mehrere Stufen: (i) biologische Steuerung der Ionentransporte und der lokalen Übersättigung, (ii) Nukleation oft über organische Templates, (iii) gerichtetes Kristallwachstum und (iv) nachfolgende Umstrukturierung (z. B. Umwandlung amorpher Vorstufen in kristalline Phasen). Diese Prozesse erlauben eine präzise Kontrolle von Kristallorientierung, Morphologie, Porosität und Defektchemie.

Für die Werkstoffforschung sind insbesondere die resultierenden Struktur-Eigenschafts-Beziehungen relevant. Biomineralisierte Materialien wie Knochen oder Nacre zeigen außergewöhnliche Kombinationen aus Steifigkeit, Festigkeit und Zähigkeit, die aus ihrer hierarchischen, oft nanostrukturierten Architektur und der räumlichen Verteilung von organischen und anorganischen Phasen resultieren. Poröse Biomineralien, etwa in Foraminiferen-Schalen oder bestimmten Diatomfrusteln, bieten darüber hinaus definierte Porennetzwerke mit optischen, katalytischen oder filtrativen Funktionalitäten.

Das Verständnis der Bildung und Struktur von Biomineralien dient als Grundlage für bioinspirierte und biomimetische Materialkonzepte, einschließlich synthetischer Komposite, hierarchisch poröser Keramiken sowie funktionaler Oberflächen mit spezifischer Benetzbarkeit oder Adhäsion.