固態物理學是通過諸如量子力學、晶體學、電磁學和冶金學等方法研究剛性物質或固體。它是凝聚態物理的xxx分支。固態物理學研究固態材料的大規模特性是如何從它們的原子級特性中產生的。因此，固態物理學形成了材料科學的理論基礎。它還具有直接的應用，例如在晶體管和半導體技術中。

固體材料是由緊密堆積的原子形成的，這些原子相互作用緊密。這些相互作用產生了固體的機械性質、熱、電、磁和光學性質。根據涉及的材料和形成條件的不同，原子可以規則的幾何圖案（晶體固體，包括金屬和普通的水冰）或不規則的（無定形固體，例如普通的窗戶玻璃）排列。

作為一般理論，大多數固態物理學都集中在晶體上。首先，這是因為晶體中原子的周期性（其定義特征）有助于數學建模。同樣，晶體材料通常具有電、磁、光或機械性能，可用于工程目的。

晶體中原子之間的力可以采取多種形式。例如，在氯化鈉晶體中，該晶體由離子?鈉和氯組成，并與離子鍵結合在一起。在另一些原子中，原子共享電子并形成共價鍵。在金屬中，電子通過金屬鍵在整個晶體中共享。最后，稀有氣體不進行任何這些類型的鍵合。固體形式的稀有氣體與范德華力保持在一起是由于每個原子上的電荷云的極化導致的。實體類型之間的差異是由它們之間的鍵合差異引起的。

材料的許多特性都受其晶體結構的影響。可以使用多種晶體學技術來研究這種結構，包括X射線晶體學、中子衍射和電子衍射。

晶體固體材料中單個晶體的尺寸根據所涉及的材料和形成條件而變化。日常生活中遇到的大多數晶體材料都是多晶的，單個晶體在微觀上是微觀的，但是宏觀的單晶可以自然（例如鉆石）或人工生產。

真實晶體在理想排列中具有缺陷或不規則性，而正是這些缺陷決定了真實材料的許多電氣和機械性能。

通過固態物理學研究了材料的導電性和熱容量等特性。早期的電導模型是Drude模型，該模型將動力學理論應用于固體中的電子。通過假定材料包含固定的正離子和經典的非相互作用電子的“電子氣”?，盡管Drude模型xxx高估了電子的熱容量，但它能夠解釋金屬的電導率和導熱率以及霍爾效應。

Arnold Sommerfeld在自由電子模型（或Drude-Sommerfeld模型）中將經典Drude模型與量子力學相結合。在這里，電子被建模為費米氣體，這是一種服從量子力學費米-狄拉克統計的粒子氣體。自由電子模型對金屬的熱容量進行了改進的預測，但是無法解釋絕緣子的存在。