อนุภาคมูลฐาน
สสารในชีวิตประจำวันจะประกอบด้วยอะตอม ที่ครั้งหนึ่งเคยถูกสันนิษฐานว่ามันเป็นอนุภาคมูลฐานของสสาร คำว่า "อะตอม" แปลว่า "แบ่งไม่ได้" ในภาษากรีก แม้ว่าการมีอยู่ของอะตอมยังคงเป็นที่ถกเถียงกันจนถึงประมาณปี 1910 อย่างที่นักฟิสิกส์ชั้นนำบางคนถือว่าโมเลกุลเป็นภาพลวงตาทางคณิตศาสตร์ และถือว่าสสารอย่างสุดขั้วที่สุดจะประกอบด้วยพลังงาน ในไม่ช้า มีการค้นพบว่าอะตอมประกอบด้วยองค์ประกอบย่อย เมื่อเริ่มทศวรรษที่ 1930 อิเล็กตรอนและโปรตอนได้ถูกค้นพบ พร้อมกับโฟตอนซึ่งเป็นอนุภาคของรังสีแม่เหล็กไฟฟ้า ในช่วงเวลานั้น การค้นพบล่าสุดของกลศาสตร์ควอนตัมได้มีก​​ารเปลี่ยนแปลงอย่างรุนแรงของแนวคิดของอนุภาค อย่างเช่นอนุภาคเดี่ยวดูเหมือนจะสามารถขยายสนามได้อย่างที่คลื่นสามารถทำได้ (ทวิภาคของอนุภาคกับคลื่น ()) ข้อความที่ขัดแย้งยังคงหลีกเลี่ยงคำอธิบายที่น่าพอใจ
ผลึก
ความสำคัญของผลึก ผลึก สามารถพบได้ทั่วไปในธรรมชาติ พบมากในการก่อตัวของหิน เช่น อัญมณีต่างๆ หรือแม้แต่รอบตัวเรา ในรูปของน้ำตาล น้ำแข็ง และเกลือเม็ด เป็นต้น ความงดงามของผลึกเหล่านี้เป็นที่สนใจมาแต่ตั้งแต่ โบราณ ทั้งด้านความสมมาตรของรูปทรงและสีสรรที่หลากหลาย นักผลึกศาสตร์ในอดีต ใช้เรขาคณิตในการศึกษารูปทรงของผลึกที่พบได้ตามธรรมชาติ 5 มีคุณสมบัติเป็นคลื่นแสงพลังงานสูง มองไม่เห็นด้วยตาเปล่า เมื่อรังสีเอกซ์พุ่งกระทบกับวัตถุ อะตอมในวัตถุจะสามารถทำให้รังสีเอกซ์เกิดการกระเจิงได้ นักผลึกศาสตร์พบว่าการเรียงตัวของอะตอมอย่างเป็นระเบียบในผลึก ทำให้รังสีเอกซ์กระเจิงไปในทิศทางที่จำเพาะเท่านั้น จากข้อมูลความเข้มและทิศทางของรังสีเอกซ์ที่กระเจิงนี้ นักวิทยาศาสตร์สามารถสร้างภาพสามมิติของโครงสร้างของสารในผลึกได้ ผลึกจึงเป็นตัวอย่างที่เหมาะสมสำาหรับการศึกษาโครงสร้างของสารที่ให้ความละเอียดในระดับอะตอม ด้วยคุณสมบัติทั่วไปสามประการได้แก่ คุณสมบัติที่เป็นของแข็ง มีสามมิติ และมีการเรียงตัวของอะตอมอย่างเป็นระเบียบมาก และความสมมาตรสูง นักวิทยาศาสตร์สามารถศึกษาพันธะเคมี ที่ดึงดูดอะตอมเข้าด้วยกัน ตัวอย่างเช่น กราไฟท์หรือถ่านที่ทึบแสงและนิ่ม กับเพชรที่โปร่งแสงและแข็งมาก สารทั้งสองนี้มีส่วนประกอบทางเคมีที่เหมือนกัน คือธาตุคาร์บอนเท่านั้น การที่เพชรสามารถกระเจิงแสงได้ เกิดจากพันธะทางเคมีที่เรียงตัวเป็นระเบียบ ทำาให้เพชรแวววาว เรารู้โครงสร้างและพันธะเคมีของเพชร ได้จากศึกษาโครงสร้างผลึกด้วยรังสีเอก