Atomistische Simulationen modellieren Materialien explizit auf Ebene von Atomen und ihren Wechselwirkungen. Typisch sind Molekulardynamik und Monte-Carlo-Methoden mit klassischen Potenzialen oder quantenmechanischer Beschreibung. Sie erlauben die Untersuchung von Diffusion, Versetzungsbewegung, Phasenumwandlungen und Grenzflächenprozessen sowie die Ableitung von mechanischen, thermischen und Transport-Eigenschaften aus der atomaren Struktur und Dynamik.