Die Festkörperphysik untersucht die makroskopischen Eigenschaften fester Körper und versucht, sie aus ihrer mikroskopischen Struktur heraus zur erklären – ähnlich wie die Quantenstatistik die thermodynamischen Eigenschaften von Körpern aus den Quanteneigenschaften ihrer kleinsten Bestandteile ableitet.
Wichtige Teilgebiete sind die Aufklärung von Kristallstrukturen, die Bestimmung von Bindungsverhältnissen sowie das Verhalten von Festkörpern unter mechanischen Spannungen oder in elektromagnetischen Feldern.
Eine wichtige theoretische Vorstellung ist die Übertragung der Welle-Teilchen-Dualität auf mechanische Wellen (Schallwellen) im Festkörper: Diese Wellen werden auf elementare Quanten, sog. Phononen, zurückgeführt. Eine weitere große Leistung der Festkörperphysik ist die Erklärung der elektrischen Leitfähigkeit anhand des Bändermodells. Durch die Entdeckung und Ausnutzung der spezifischen Eigenschaften von Halbleitern hat die Festkörperphysik, insbesondere wegen der Anwendungen in der Mikroelektronik und bei der Fotovoltaik, enorme wirtschaftliche Bedeutung gewonnen.