Eine 3D-Mikrostruktur beschreibt die dreidimensionale räumliche Verteilung von Phasen, Körnern, Poren und Defekten in einem Werkstoff. Ihre Charakterisierung erfolgt mittels Tomographie, FIB-SEM-Serienschnitt, Röntgen- oder Neutronen-CT und korrelativer Mikroskopie. In der Werkstoffwissenschaft ist die 3D-Mikrostruktur zentral für die Simulation und das Verständnis anisotroper mechanischer Eigenschaften, Diffusion, Rissausbreitung und funktionaler Phänomene wie Leitfähigkeit oder Permeabilität.