晶体具有原子排列在空间中的长程周期性，晶界连接取向不同的相邻晶粒区域

晶体具有原子排列在空间中的长程周期性。非晶材料缺少晶体那样的长程平移有序。晶格是描述周期结构的理想几何点阵。晶胞通过重复平移可以构建整个晶体结构。同种元素可以因晶体结构不同而性质迥异。金刚石与石墨的差异与碳原子连接方式有关。晶体缺陷会显著影响材料的力学和电学性质。

石墨烯由单层碳原子构成蜂窝状平面结构。二维材料的性质受到厚度和层间作用影响。纳米材料的表面效应常比宏观材料更加显著。量子点的能级结构会随尺寸改变而变化。材料硬度与韧性是不能相互替代的性质。脆性材料可能很硬却容易发生裂纹扩展。弹性形变在外力撤去后通常能够恢复。塑性形变会留下不能立即恢复的永久形状变化。

绝缘体的较大带隙限制常温下的载流子产生。半导体导电性位于典型金属与绝缘体之间。本征半导体中的电子和空穴成对产生。空穴描述价带中缺少电子所形成的有效载流行为。掺杂可以改变半导体载流子的浓度与类型。施主杂质通常为半导体提供额外电子。受主杂质通常有助于形成空穴载流子。结区内建电场影响电子与空穴的迁移。

二极管的整流特性与结区势垒变化有关。晶体管能够通过控制信号调节电流流动。光伏效应把吸收光产生的载流子转化为电输出。太阳能电池不能把全部入射太阳能转成电能。发光二极管通过载流子复合释放光子。发光颜色与半导体能带结构密切相关。超导态具有零直流电阻等特殊性质。