固體物理學(xué)是研究固體物質(zhì)的物理性質(zhì)、微觀結(jié)構(gòu)、構(gòu)成物質(zhì)的各種粒子的運動形態(tài)，及其相互關(guān)系的科學(xué)。它是物理學(xué)中內(nèi)容極豐富、應(yīng)用極廣泛的分支學(xué)科。
.固體通常指在承受切應(yīng)力時具有一定程度剛性的物質(zhì)，包括晶體和非晶態(tài)固體。簡單地說，固體物理學(xué)的基本問題有：固體是由什么原子組成？它們是怎樣排列和結(jié)合的？這種結(jié)構(gòu)是如何形成的？在特定的固體中，電子和原子取什么樣的具體的運動形態(tài)？它的宏觀性質(zhì)和內(nèi)部的微觀運動形態(tài)有什么聯(lián)系？各種固體有哪些可能的應(yīng)用？探索設(shè)計和制備新的固體，研究其特性，開發(fā)其應(yīng)用。
.在相當(dāng)長的時間里，人們研究的固體主要是晶體。早在18世紀(jì)，阿維對晶體外部的幾何規(guī)則性就有一定的認(rèn)識。后來，布喇格在1850年導(dǎo)出14種點陣。費奧多羅夫在1890年、熊夫利在1891年、巴洛在1895年，各自建立了晶體對稱性的群理論。這為固體的理論發(fā)展找到了基本的數(shù)學(xué)工具，影響深遠(yuǎn)。
.1912年勞厄等發(fā)現(xiàn) X射線通過晶體的衍射現(xiàn)象，證實了晶體內(nèi)部原子周期性排列的結(jié)構(gòu)。加上后來布喇格父子1913年的工作，建立了晶體結(jié)構(gòu)分析的基礎(chǔ)。對于磁有序結(jié)構(gòu)的晶體，增加了自旋磁矩有序排列的對稱性，直到20世紀(jì)50年代舒布尼科夫才建立了磁有序晶體的對稱群理論。
.第二次世界大戰(zhàn)后發(fā)展的中子衍射技術(shù)，是磁性晶體結(jié)構(gòu)分析的重要手段。70年代出現(xiàn)了高分辨電子顯微鏡點陣成像技術(shù)，在于晶體結(jié)構(gòu)的觀察方面有所進步。60年代起，人們開始研究在超高真空條件下晶體解理后表面的原子結(jié)構(gòu)。20年代末發(fā)現(xiàn)的低能電子衍射技術(shù)在60年代經(jīng)過改善，成為研究晶體表面的有力工具。近年來發(fā)展的掃描隧道顯微鏡，可以相當(dāng)高的分辨率探測表面的原子結(jié)構(gòu)。
.晶體的結(jié)構(gòu)以及它的物理、化學(xué)性質(zhì)同晶體結(jié)合的基本形式有密切關(guān)系。通常晶體結(jié)合的基本形式可分成：高子鍵合、金屬鍵合、共價鍵合、分子鍵合(范德瓦耳斯鍵合)和氫鍵合。根據(jù) X射線衍射強度分析和晶體的物理、化學(xué)性質(zhì)，或者依據(jù)晶體價電子的局域密度分布的自洽理論計算，人們可以準(zhǔn)確地判定該晶體具有何種鍵合形式。
.固體中電子的狀態(tài)和行為是了解固體的物理、化學(xué)性質(zhì)的基礎(chǔ)。維德曼和夫蘭茲于1853年由實驗確定了金屬導(dǎo)熱性和導(dǎo)電性之間關(guān)系的經(jīng)驗定律；洛倫茲在1905年建立了自由電子的經(jīng)典統(tǒng)計理論，能夠解釋上述經(jīng)驗定律，但無法說明常溫下金屬電子氣對比熱容貢獻甚小的原因；泡利在1927年首先用量子統(tǒng)計成功地計算了自由電子氣的順磁性，索末菲在1928年用量子統(tǒng)計求得電子氣的比熱容和輸運現(xiàn)象，解決了經(jīng)典理論的困難。
布洛赫和布里淵分別從不同角度研究了周期場中電子運動的基本特點，為固體電子的能帶理論奠定了基礎(chǔ)。電子的本征能量，是在一定能量范圍內(nèi)準(zhǔn)連續(xù)的能級組成的能帶。相鄰兩個能帶之間的能量范圍是完整晶體中電子不許可具有的能量，稱為禁帶。利用能帶的特征以及泡利不相容原理，威耳遜在1931年提出金屬和絕緣體相區(qū)別的能帶模型，并預(yù)言介于兩者之間存在半導(dǎo)體，為爾后的半導(dǎo)體的發(fā)展提供理論基礎(chǔ)。
.貝爾實驗室的科學(xué)家對晶體的能帶進行了系統(tǒng)的實驗和理論的基礎(chǔ)研究，同時掌握了高質(zhì)量半導(dǎo)體單晶生長和摻雜技術(shù)，導(dǎo)致巴丁、布喇頓以及肖克萊于1947～1948年發(fā)明晶體管。
.固體中每立方厘米內(nèi)有1022個粒子，它們靠電磁互作用聯(lián)系起來。因此，固體物理學(xué)所面對的實際上是多體問題。在固體中，粒子之間種種各具特點的耦合方式，導(dǎo)致粒子具有特定的集體運動形式和個體運動形式，造成不同的固體有千差萬別的物理性質(zhì)。
.漢密爾頓在1839年討論了排成陣列的質(zhì)點系的微振動；1907年，愛因斯坦首先用量子論處理固體中原子的振動。他的模型很簡單，各個原子獨立地作同一頻率的振動；德拜在1912年采用連續(xù)介質(zhì)模型重新討論了這問題，得到固體低溫比熱容的正確的溫度關(guān)系；玻恩和卡門同時開始建立點陣動力學(xué)的基礎(chǔ)，在原子間的力是簡諧力的情況下，晶體原子振動形成各種模式的點陣波，這種波的能量量子稱為聲子。它對固體的比熱容、熱導(dǎo)、電導(dǎo)、光學(xué)性質(zhì)等都起重要作用。
.派尼斯和玻姆在1953年提出：由于庫侖作用的長程性質(zhì)，固體中電子氣的密度起伏形成縱向振蕩，稱為等離子體振蕩。這種振蕩的能量量子稱為等離激元。實驗證明，電子束通過金屬薄膜的能量損耗來源于激發(fā)電子氣的等離激元�？紤]到電子間的互作用，能帶理論的單電子狀態(tài)變成準(zhǔn)電子狀態(tài)，但準(zhǔn)電子的有效質(zhì)量包含了多粒子相互作用的效應(yīng)。同樣，空穴也變成準(zhǔn)粒子。在半導(dǎo)體中電子和空穴之間有屏蔽的庫侖吸引作用，它們結(jié)合成激子，這是一種復(fù)合的準(zhǔn)粒子。