La matière solide présente parfois une structure macroscopique remarquable : les cristaux naturels, par exemple, possèdent souvent des bords anguleux. Cela est lié à une organisation des atomes (ou des molécules) eux-mêmes (elles-mêmes). La cristallographie s'attèle à l'étude de cette organisation, à sa description et à son interprétation tant au niveau atomique que macroscopique.
On peut aujourd’hui observer, de manière directe ou indirecte, l'arrangement des atomes. Mais, auparavant, l'étude cristallographique se basait sur l'observation des symétries des cristaux. Il s'agissait d'une tâche certes complexe, mais qui a pu être menée dès le milieu du XIXe siècle. Il s'agit donc, pour partie, d'une étude théorique, ne serait-ce que pour interpréter les observations.
Parmi les propriétés physiques que l’on peut, quantitativement ou qualitativement, prédire par l'étude cristallographique, on trouve :
- la masse volumique, la densité ;
- la dureté, l'élasticité ;
- …
Nous parlerons dans toute cette leçon d'« atomes » (ou d'ions, ou de molécules, mais c’est un peu différent). Ces atomes ont les propriétés suivantes :
- ils sont indivisibles (d'où le nom) ;
- ils sont sphériques ;
- ils sont impénétrables.
Selon la taille de ces sphères (et quelques autres facteurs), certains arrangements seront privilégiés. Les cristaux formés d'ions, de molécules ou de mélanges d'atomes feront de même.