Katı hal fiziği, yoğun madde fiziğinin geniş bir dalı olup, şekli değiştirilemez maddelerle veya katılarla ilgilenir. Katı hal fiziği teorisinin ve araştırmalarının en önemli konuları kristallerdir. Çünkü bir kristalin atomları genellikle düzenli (periyodik) dizildiğinde matematiksel modeli daha kolay çıkartılabilir. Bu düzenli yapıya da kristalin karateristiği denir. Katı hal fiziğinde genellikle kristallerin incelenmesinin diğer bir nedeni de elektrik, magnetik, optik ve mekanik özelliklerinin çeşitli mühendislik alanları için önemli olmasıdır.

Pek çok katı hal fiziğini teorisinin ana çatısı rölativistik olmayan kuantum mekaniğinin Schrödinger dalga denklemidir. Periyodik bir potansiyeldeki elektronların dalga fonksiyonunu karakterize eden Bloch teorisi, pekçok analiz için önemli bir başlangıç noktasıdır. Bloch teorisi sadece periyodik potansiyellere uygulanabildiğinden sadece yaklaşık sonuçlar verir.