固体物理是一门研究固体物质内部结构及其组成粒子之间相互作用与运动规律的学科，旨在阐明固体的物理性能和用途。它主要分为晶体物理和非晶态物理两大分支。晶体结构具有规则的周期性排列，如常见的天然矿物、水冰以及人工制备的半导体硅单晶等。而非晶态固体则缺乏这种明确的周期性排列，例如玻璃、橡胶和塑料。
在晶体物理的研究中，固体物理学家致力于理解原子、离子和电子等粒子在固体内的运动规律。例如，在晶体的结构研究中，布喇菲格子（Bravais lattice）被用来描述晶体中原子的规则排列模式。这种规则排列可以产生衍射现象，而X射线衍射技术就是基于这一原理来确定晶体结构。
晶体结构的研究还包括原子散射因子的计算，这是因为原子对射线的散射能力不同，这在X射线或中子衍射实验中有着重要作用。原子散射因子与原子的电子结构和原子核的质量相关，它影响到晶体衍射的强度，进而对解析晶体结构至关重要。
晶格振动是固体物理研究的另一核心内容，它涉及到固体中的原子如何振动以及这些振动如何影响固体的热学性质。在晶体中，原子振动可以通过声子的概念来描述，声子是量子化的晶格振动模式。一维原子链的振动模型是理解晶格振动的基础，而长波近似方法则是一种分析晶格振动在不同波长范围行为的技术。非简谐效应描述了原子间作用力的非线性特性，这对理解晶体中的热容量以及热传导等热学性质至关重要。
晶体缺陷和运动方面的研究关注晶体内部的不规则性及其对材料性能的影响。晶体缺陷包括点缺陷、线缺陷（位错）等，它们对材料的机械性能、电学性质有显著影响。扩散过程涉及原子或分子在晶体内部的移动，它对材料的微观结构变化、老化以及不同物理化学过程都有重要影响。
固体电子论是研究固体中电子行为的理论，它涉及电子气的能量状态、费米能量以及金属中电子气的热容量等。电子在固体中的运动状态不仅影响金属的导电性，也决定着半导体和绝缘体的性质。电子论中的能带理论，特别是三维傅里叶的布洛赫定理，为解释固体材料的电子结构提供了理论基础。
金属的电导理论进一步探讨了电子在固体中运动的规律及其对材料导电性的影响。玻耳兹曼方程是研究电子输运过程中的重要工具，它揭示了电荷载流子在外加电场和温度梯度下的运动行为。在金属电导理论中，杂质和缺陷的存在显著影响电导率。
固体物理作为物理学的一个分支，它不仅为理解和描述固体材料的结构和性质提供了理论基础，还为材料科学、纳米科学、凝聚态物理学等领域提供了基础。固体物理的研究成果直接促进了半导体、集成电路、新材料等科技领域的发展。
