Erstprinzipienberechnungen basieren auf der Lösung der quantenmechanischen Vielteilchengleichungen ohne empirische Parameter, meist mittels Dichtefunktionaltheorie. Sie liefern Fundamentaleigenschaften wie Bindungsenergie, elektronische Struktur, Elastizitätskonstanten, Diffusionsbarrieren und Defektenergien. In der Werkstoffwissenschaft ermöglichen sie das Design neuer Legierungen, keramischer und funktionaler Materialien auf atomarer Skala.