固體物理學(xué)是研究固體的性質(zhì)、它的微觀結(jié)構(gòu)及其各種內(nèi)部運(yùn)動(dòng)，以及這種微觀結(jié)構(gòu)和內(nèi)部運(yùn)動(dòng)同固體的宏觀性質(zhì)的關(guān)系的學(xué)科。固體的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和運(yùn)動(dòng)形式很復(fù)雜，這方面的研究是從晶體開始的，因?yàn)榫w的內(nèi)部結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，而且具有明顯的規(guī)律性，較易研究。以后進(jìn)一步研究一切處于凝聚狀態(tài)的物體的內(nèi)部結(jié)構(gòu)、內(nèi)部運(yùn)動(dòng)以及它們和宏觀物理性質(zhì)的關(guān)系。這類研究統(tǒng)稱為凝聚態(tài)物理學(xué)。
固體中電子的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)服從量子力學(xué)和量子電動(dòng)力學(xué)的規(guī)律。在晶體中，原子(離子、分子)有規(guī)則地排列，形成點(diǎn)陣。20世紀(jì)初勞厄和法國(guó)科學(xué)家布拉格父子發(fā)展了 X射線衍射法，用以研究晶體點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)。第二次世界大戰(zhàn)以后，又發(fā)展了中子衍射法，使晶體點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)的實(shí)驗(yàn)研究得到了進(jìn)一步發(fā)展。
在晶體中，原子的外層電子可能具有的能量形成一段一段的能帶。電子不可能具有能帶以外的能量值。按電子在能帶中不同的填充方式，可以把晶體區(qū)別為金屬、絕緣體和半導(dǎo)體。能帶理論結(jié)合半導(dǎo)體鍺和硅的基礎(chǔ)研究，高質(zhì)量的半導(dǎo)體單晶生長(zhǎng)和摻雜技術(shù)，為晶體管的產(chǎn)生準(zhǔn)備了理論基礎(chǔ)。
電子具有自旋和磁矩，它們和電子在晶體中的軌道運(yùn)動(dòng)一起，決定了晶體的磁學(xué)性質(zhì)，晶體的許多性質(zhì)(如力學(xué)性質(zhì)、光學(xué)性質(zhì)、電磁性質(zhì)等)常常不是各向同性的。作為一個(gè)整體的點(diǎn)陣，有大量?jī)?nèi)部自由度，因此具有大量的集體運(yùn)動(dòng)方式，具有各式各樣的元激發(fā)。
晶體的許多性質(zhì)都和點(diǎn)陣的結(jié)構(gòu)及其各種運(yùn)動(dòng)模式密切相關(guān)，晶體內(nèi)部電子的運(yùn)動(dòng)和點(diǎn)陣的運(yùn)動(dòng)之間相耦合，也對(duì)固體的性質(zhì)有重要的影響。例如1911年發(fā)現(xiàn)的低溫超導(dǎo)現(xiàn)象；1960年發(fā)現(xiàn)的超導(dǎo)體的單電子隧道效應(yīng)。這些效應(yīng)都和這種不同運(yùn)動(dòng)模式之間的耦合相關(guān)。
晶體內(nèi)部的原子可以形成不同形式的點(diǎn)陣。處于不同形式點(diǎn)陣的晶體，雖然化學(xué)成分相同，物理性質(zhì)卻可能不同。不同的點(diǎn)陣形式具有不同的能量：在低溫時(shí)，點(diǎn)陣處于能量最低的形式；當(dāng)晶體的內(nèi)部能量增高，溫度升高到一定數(shù)值，點(diǎn)陣就會(huì)轉(zhuǎn)變到能量較高的形式。這種轉(zhuǎn)變稱為相變，相變會(huì)導(dǎo)致晶體物理性質(zhì)的改變，相變是重要的物理現(xiàn)象，也是重要的研究課題。
點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)完好無(wú)缺的晶體是一種理想的物理狀態(tài)。實(shí)際晶體內(nèi)部的點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)總會(huì)有缺陷：化學(xué)成分不會(huì)絕對(duì)純，內(nèi)部會(huì)含有雜質(zhì)。這些缺陷和雜質(zhì)對(duì)固體的物理性質(zhì)(包括力學(xué)、電學(xué)、碰學(xué)、發(fā)光學(xué)等)以及功能材料的技術(shù)性能，常常會(huì)產(chǎn)生重要的影響。大規(guī)模集成電路的制造工藝中，控制和利用雜質(zhì)和缺陷是很重要的晶體的表面性質(zhì)和界面性質(zhì)，會(huì)對(duì)許多物理過(guò)程和化學(xué)過(guò)程產(chǎn)生重要的影響。所有這些都已成為固體物理研究中的重要領(lǐng)域。
非晶態(tài)固體內(nèi)部結(jié)構(gòu)的無(wú)序性使得對(duì)于它們的研究變得更加復(fù)雜。非晶態(tài)固體有一些特殊的物理性質(zhì)，使得它有多方面的應(yīng)用。這是一個(gè)正在發(fā)展中的新的研究領(lǐng)域。