晶体学中的一个重要的领域，它研究晶态物质内部在原子尺度下的微观结构。它为固体物理学、材料科学、结构化学、分子生物学、矿物学、医药学等许多学科的基础研究和应用研究提供必不可少的实验资料，使人们有可能从分子、原子以及电子分布的水平上去理解有关物质的行为规律。
按所用试样的不同，晶体结构分析有多晶体分析和单晶体分析两类；按所用手段的差异，晶体结构分析又有X 射线衍射分析、电子衍射和电子显微分析、中子衍射分析三种。
单晶体X射线衍射分析是晶体结构分析中比较成熟的一种。它已经建立起比较完善的理论体系和实验技术。复杂到分子量达数万的生物大分子的晶体结构已经被大量测定出来。至于测定一个中等复杂程度（晶胞中除氢原子外含有约50个独立原子）的晶体结构，一般只需一周时间。所测得原子坐标的精度可达10-3埃量级。
