Физика твёрдого тела — раздел физики конденсированного состояния, задачей которого является описание физических свойств твёрдых тел с точки зрения их атомного строения.
Предмет — свойства веществ в твёрдом состоянии, их связь с микроскопическим строением и составом, прогнозирование и поиск новых материалов и физических эффектов в них.
Объекты исследования — металлы и сплавы, полупроводники, диэлектрики и магнитные материалы. Многие из них относятся к кристаллическим веществам: атомы расположены так, что образуют правильную трёхмерную решётку — периодическую структуру.
Научное накопление и систематизация данных о физических свойствах твёрдых тел (металлов, минералов и др.) начались с XVII века. Были установлены эмпирические законы, описывающие воздействие на твёрдые тела механических сил, света, электрических и магнитных полей.
Представление о кристалле как совокупности атомов, упорядоченно расположенных в пространстве и удерживаемых около положения равновесия силами взаимодействия, было сформулировано Огюстом Браве в 1848 году.
В 1912 году Макс фон Лауэ, Пауль Книппинг и Вальтер Фридрих открыли дифракцию рентгеновских лучей на кристаллах, окончательно утвердив представление о кристаллическом твёрдом теле как упорядоченной дискретной структуре.
Изучение кристаллической структуры. Атомы могут располагаться в правильном геометрическом порядке (кристаллические твёрдые вещества) или нерегулярно (аморфное твёрдое вещество, например, оконное стекло).
Установление связи между свойствами индивидуальных атомов и молекул и свойствами, обнаруживаемыми при объединении атомов или молекул в регулярно-упорядоченные системы — кристаллы.
Изучение механических свойств твёрдых тел: упругости, пластичности, прочности.
Рассмотрение дефектов в кристаллах, которые влияют на свойства (трещины, дислокации).
Дифракционные методы для исследования структуры твёрдых тел, например, метод Лауэ, метод вращения кристалла, метод порошка.
Использование упрощённых моделей твёрдого тела, которые позволяют объяснять свойства. Например, для объяснения некоторых общих закономерностей электрической проводимости подходит простая модель металла в виде системы положительных ионов, погружённых в газ подвижных электронов.
Разработка новых материалов и технических устройств. Научные данные о микроструктуре твёрдых веществ и о физических и химических свойствах составляющих их атомов необходимы для разработки новых материалов.
Изучение явлений высокотемпературной сверхпроводимости, гигантского магнетосопротивления и других перспективных современных наукоёмких технологий.
Создание твёрдых тел с заданными механическими, магнитными, электрическими и другими свойствами.