Umfasst experimentelle und oft auch numerische Methoden zur Charakterisierung des inneren Aufbaus von Werkstoffen, von Atomordnung bis zur Gefügeebene. Eingesetzt werden u. a. Licht‑ und Elektronenmikroskopie, Röntgen‑/Neutronenbeugung, EBSD, Atomsonde und 3D‑Rekonstruktion. Ziel ist die Korrelation von Phasenverteilung, Korngröße, Defekten und Textur mit mechanischen, thermischen, elektrischen und korrosiven Eigenschaften.