晶體結構是指原子在三維空間中規則且週期性排列的結構。半導體的電氣與機械性質由此原子排列決定，是理解與加工以矽為首的半導體材料的出發點。
晶體結構以重複的最小單位──單位晶格來表示。在半導體中重要的有矽與鍺所採取的鑽石結構，以及 GaAs、GaN 等化合物半導體所採取的閃鋅礦（zinc blende）結構與纖鋅礦（wurtzite）結構。原子排列方式的差異造成能帶結構與遷移率的差異。
晶體內的方向與晶面以米勒指數表示，如(100)、(111)等。晶圓的晶面方向與晶體缺陷的有無會影響元件特性與良率，因此半導體製造使用以柴可拉斯基法（CZ 法）等方法成長的高品質單晶。