光学晶体具有优良的光学性能，在光学器件、信号处理、激光技术、光学通信、医疗等领域发挥着重要的作用。 常见晶体包括氯化钠、石英、冰花等，常见非晶体则有玻璃、沥青、石蜡等。 与非晶体相比，晶体具备规则的几何形态（物质凝固或从溶液中结晶的自然生长过程中所形成的外形，非加工外形）、固定熔点、各向异性（在不同方向上的导热性、导电性、膨胀系数、折射率不相同）等特征。

单晶中的晶格结构具备完整、连续且有序的排列，没有晶界或颗粒边界。 多晶则是由许多晶粒组成，每个晶粒都具有明确的晶体结构，晶粒之间通过晶界相互连接（晶界是晶体内部不同晶粒之间的交界面，晶界上的原子或分子排列相对无序）。 多晶体具有各向同性，是因为它是由很多很小的单晶体堆积而成，具有统计学意义上的各向同性。 多晶体材料常见的有多晶硅、多晶锗等，广泛应用于太阳能电池、光电器件等领域。

晶体按其几何形态的对称程度可划分为七类，即立方晶系、四方晶系、正交晶系、三方晶系、六方晶系、单斜晶系和三斜晶系。 各晶系的晶胞类型一般用晶胞参数a、b、c和α、β、γ表示。 其中a、b和c是晶胞三个边的长度，习惯上叫轴长，α、β和γ叫轴角，它们分别是b和c、a和c、a和b的夹角。

晶体还可分为离子晶体、原子晶体、分子晶体以及金属晶体。 离子晶体是阴离子和阳离子间以离子键键合形成的晶体，一般硬而脆，具有较高的熔沸点，熔融或溶解时可以导电，例如NaCL、CuSO₄等。 原子晶体为原子间以共价键相结合而形成的空间网状结构的晶体，例如硅、锗等，其硬度高、熔点高、沸点高、不导电。 分子晶体是由分子构成，相邻分子靠分子间作用力相互吸引构成的晶体，具有低硬度、低熔点，易升华、不导电的特点。 金属晶体是由金属原子以金属键堆垛排列形成的晶体，具有良好的导电性和导热性，结构紧密，常见金属晶体有金、银、铝等。

非线性光学晶体是对于激光强电场显示二次以上非线性光学效应的晶体，是激光实现频率转换、调制、偏转、Q开关等技术的关键材料。

磷酸二氢钾（KDP，KH₂PO₄）和磷酸二氘钾（DKDP或KD*P，KD₂PO₄）是一种性能优良的非线性光学晶体材料，其紫外透过优越、损伤阈值高、双折射系数高，通常被用于做Nd:YAG激光器的二、三、四倍频器件（室温条件下）； 与此同时，其电光系数高、半波电压低，也常被应用于制作Q开关、普克尔盒等电光调制器。

磷酸钛氧钾（KTP，KTiOPO₄）非线性系数大、吸收系数低、倍频转换效率高，是Nd:YAG和其他掺Nd激光倍频最常用的材料。 这种晶体材料化学稳定性好、不易潮解、很难脆裂，但紫外透过能力限制了其在紫外区的应用。

三硼酸锂（LBO，LiB₃O₅）可透光波段范围宽、光学均匀性好、倍频转换效率较高（是KDP晶体的3倍）。 β相偏硼酸钡晶体（BBO，β-BaB₂O₄）不仅可透过波段范围宽，且相位匹配波段宽、倍频转换效率高（是KDP晶体的6倍）。 此外，掺镁铌酸锂晶体（MgO:LiNbO₃，MgO-LN）在脉冲Nd:YAG激光器和连续Nd:YAG激光器中能够分别地获得超过65%和45%的SHG效率，具备优良的电光和非线性特性，以及宽透射范围。 以上三种晶体材料都具有较高的损伤阈值。

激光晶体是可将外界提供的能量通过光学谐振腔转化为在空间和时间上相干的具有高度平行性和单色性激光的晶体材料。 与其他激光介质（如掺杂玻璃）相比，激光晶体通常具有更小的吸收和发射带宽、更高的热导率和更高的跃迁截面。

掺钕钇铝石榴石（Nd:YAG）不仅高增益、高效率，还具备良好的导热性和热冲击性能。 掺钕钒酸钇（Nd:YVO₄）与Nd:YAG相比，则对泵浦光有较高的吸收系数和更大的受激发射截面，适用于制造激光二极管泵浦特别是中低功率的激光器。 这两种晶体材料都拥有低激光阈值，在1064 nm波段损耗低。

磁光晶体是一种具有独特光学和磁学特性的材料，其特殊的物理性质使其在光记忆、光通讯和光储存等领域具有广泛的应用。 磁光晶体利用磁光效应（在外加磁场的作用下，材料的折射率或透过率会发生改变），使得磁化状态的材料与光之间发生相互作用而引起各种光学现象。

常用的磁光晶体有铽镓石榴石（TGG，Terbium Gallium Garnet）、钇铁石榴石（YIG，Yttrium Iron Garnet）、氟化铈（CeF₃，Cerium Fluoride）等。 其中铽镓石榴石的磁光常数大（35 Rad T-1m-1），具有高抗激光损伤阈值（＞1 GW/cm²）。

双折射晶体是具有双折射现象的晶体材料，在各向异性晶体界面折射时，一般有两束折射光，这种现象称为双折射。 一条折射光线遵循折射定律，即不论入射光线方位如何，折射光线总在入射面内，且入射角的正弦与折射角的正弦之比为常数，称为寻常光线或o光线； 另一条折射光线，一般情况下，入射角的正弦与折射角的正弦值之比不是常数，且不遵循折射定律，称为非寻常光线或e光线。

α相偏硼酸钡晶体（α-BBO，α-BaB₂O₄）为负单轴晶体，在190-3500 nm的宽透过范围内具有较大的双折射，且拥有高损伤阈值和稳定的物理机械特性； 钒酸钇晶体（YVO₄）是正单轴晶体，其透光范围宽（400 nm-5 μm）、透过率高、双折射系数大，具有良好的温度稳定性、物理和机械性能。

三硼酸锂晶体(LBO)为负双轴晶体，拥有广泛的透过率范围（从169 nm左右的深紫外区域延伸到2600 nm的中红外区域）以及高损伤阈值，具备优异的化学和机械特性。 硼酸铯锂晶体 (CLBO)为四方负单轴晶体，具有高导热性，可实现高效散热，从而保持晶体的温度并在高功率运行下保持其性能，其透光范围为从深紫外（约180 nm）延伸到中红外（约2600 nm）。