In de kristallografie is de kristalstructuur de manier waarop de atomen (of ionen of moleculen) in een kristallijn materiaal zijn gerangschikt. Kristallen ontstaan op natuurlijke wijze door de manier waarop de chemische bindingen van de atomen met elkaar verbonden zijn. Symmetrische herhalende patronen ontstaan in de 3-D ruimte in het kristal.

De kristalstructuur en symmetrie veroorzaken vele fysische eigenschappen, zoals splijting (hoe het kristal splitst), hoe het elektriciteit geleidt, en zijn optische eigenschappen.

De kristalstructuur van een chemische stof is de vorm van het kristal op moleculair niveau. Er zijn verschillende vormen van kristallen. Natriumchloride is een kubus. Kopersulfaat is triclinisch. De meeste dingen, zelfs metalen, hebben kristalstructuren. In sommige kristallen passen meer atomen dan in andere, en deze kristallen wegen meestal meer.