Кристалічна структура — це архітектурний план твердої речовини. Як у будинку цеглини укладені за певним шаблоном, так атоми у кристалі розташовані у впорядкованій тривимірній ґратці, що повторюється мільйони разів у всіх напрямках. Ця регулярність надає кристалам їхні характерні геометричні форми: кубики кухонної солі, шестикутні сніжинки, ромбоподібні кристали кальциту. Мінерали та дорогоцінні камені завдяки своїй кристалічній структурі мають грані та блищать.
Найяскравіший приклад того, як структура визначає властивості — це Вуглець. Алмаз та графіт складаються з абсолютно однакових атомів Вуглецю, але їхня кристалічна структура кардинально різна. В алмазі кожен атом C з'єднаний з чотирма сусідами тетраедрично — це надзвичайно міцна тривимірна сітка, що робить алмаз найтвердішою природною речовиною. У графіті атоми C утворюють шестикутні шари (як стільники), слабко зв'язані між собою — тому шари ковзають один по одному, і графіт м'який, як олівець. Однакові атоми — протилежні властивості. Тільки завдяки структурі.
Основних типів кристалічних ґраток кілька. Кубічна гранецентрована (ГЦК) — як у Алюмінію, Міді, Золота — пояснює їхню ковкість. Кубічна об'ємноцентрована (ОЦК) — як у Заліза, Хрому — міцніша, але менш пластична. Гексагональна щільноупакована (ГЩУ) — як у Титану, Магнію, Цинку. Іонна ґратка — у NaCl, де чергуються іони Na⁺ та Cl⁻. Молекулярна — у льоді, де молекули H₂O утримуються водневими зв'язками. Тип ґратки визначає все: твердість, електропровідність, крихкість, температуру плавлення та оптичні властивості кристалу.