同种元素可以因晶体结构不同而性质迥异_晶体具有原子排列在空间中的长程周期性_价带与导带之间可能存在不允许电子占据的带隙

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。

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。

超导转变通常要求温度低于材料的临界温度。临界磁场和临界电流也会限制超导状态。库珀对是一种由相互作用关联形成的配对态。超流体可以呈现异常低黏性和量子涡旋现象。量子霍尔效应表现为霍尔电导的精确量子化。二维电子系统在强磁场中可出现特殊量子态。拓扑绝缘体可能具有导电表面与绝缘体相。拓扑性质关注某些连续变化下不改变的特征。

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。