Kristalline Werkstoffe besitzen eine dreidimensional periodische Gitterstruktur mit Fernordnung. Ihre Eigenschaften werden durch Gittertyp, Defekte (Leerstellen, Versetzungen, Korngrenzen) und Textur bestimmt. Anisotropie, plastische Verformung über Versetzungsbewegung, Diffusionsprozesse und Phasenumwandlungen sind direkt an die Kristallstruktur gekoppelt. Beispiele sind Metalle, Keramiken und viele Halbleiter. Mikrostrukturkontrolle erlaubt gezielte Einstellung mechanischer, thermischer und elektrischer Eigenschaften.