Na atomskoj razini krutine imaju tri osnovne strukture. Molekule čaša i glina vrlo su nesređene, bez ponavljanja strukture ili uzorka u njihovom rasporedu: one se nazivaju amorfne čvrste tvari. Metali, legure i soli postoje kao rešetke, kao i neke vrste nemetalnih spojeva, uključujući silicijeve okside te grafitne i dijamantne oblike ugljika. Rešetke sadrže ponavljajuće jedinice, od kojih se najmanja naziva jedinična ćelija. Elementarna ćelija nosi sve informacije potrebne za izgradnju rešetkaste makrostrukture bilo koje zadane veličine.
Strukturne značajke rešetke
Sve su rešetke karakteristične po tome što su visoko uređene, a njihovi sastavni atomi ili ioni drže se u pravilnim intervalima. Veza u metalnim rešetkama je elektrostatička, dok je veza u silicijevim oksidima, grafitu i dijamantu kovalentna. U svim vrstama rešetki sastavne su čestice raspoređene u energetski najpovoljnijoj konfiguraciji.
Metalna rešetkasta energija
Metali postoje kao pozitivni ioni u moru ili oblaku delokaliziranih elektrona. Na primjer, bakar postoji u obliku elektrona bakra (II) u moru elektrona, pri čemu je svaki atom bakra ovom moru donirao dva elektrona. Elektrostatička energija između metalnih iona i elektrona daje mreži rešetku, a bez te energije krutina bi bila para. Snaga metalne rešetke definirana je njezinom energijom rešetke, što je promjena u energiji kada se jedan molekul čvrste rešetke formira od sastavnih atoma. Metalne veze su vrlo jake, zbog čega metali imaju visoke temperature taljenja, a taljenje je točka na kojoj se čvrsta rešetka raspada.
Kovalentne anorganske strukture
Silicij dioksid, ili silicijev dioksid, primjer je kovalentne rešetke. Silicij je četverovalentan, što znači da će tvoriti četiri kovalentne veze; u silicijum dioksidu svaka od ovih veza je za kisik. Veza silicij-kisik je vrlo jaka, što čini silicijev dioksid vrlo stabilnom strukturom s visokim talištem. More slobodnih elektrona u metalima čini ih dobrim električnim i toplinskim vodičima. U silicijevim dioksidima ili drugim kovalentnim rešetkama nema slobodnih elektrona, zbog čega su oni loši vodiči topline ili električne energije. Svaka tvar koja je loš vodič naziva se izolator.
Različite kovalentne strukture
Ugljik je primjer tvari koja ima različite kovalentne strukture. Amorfni ugljik, koji se nalazi u čađi ili ugljenu, nema strukturu koja se ponavlja. Grafit, koji se koristi u olovkama za olovke i proizvodnji ugljičnih vlakana, znatno je naručeniji. Grafit sadrži slojeve heksagonalnih atoma ugljika jednoslojne debljine. Dijamant je još uređeniji, sastoji se od ugljikovih veza koje zajedno tvore krutu, nevjerojatno jaku tetraedarsku rešetku. Dijamanti nastaju pod jakom vrućinom i pritiskom, a dijamant je najtvrđa od svih poznatih prirodnih tvari. Kemijski su dijamant i čađa identični. Različite strukture elemenata ili spojeva nazivaju se alotropi.