Katıhâl fiziği, kristâl yapıdaki üç boyutta mükemmel simetriye sahip katı hâldeki maddelerin mikroskobik ve makroskobik özelliklerini araştırır. Katı maddelerin özellikle kristallerin ve çok atomlu moleküllerin oluşturduğu yapılarını ve özelliklerini inceler. Bu özellikler arasında katı maddenin elektriksel, manyetik, optik ve termal özellikleri bulunur.

Katıhâl fiziği teknolojide kullanılan malzemeleri amacına uygun olarak geliştirmek üzere çalışmalar yapar. Bu çalışmalar arasında günümüzde popüler olan nanoteknoloji ve süper iletkenlik de bulunur. 20. yüzyıl biliminin önemli bir dalı olan katıhâl fiziği kuantum mekaniği, istatistiksel fizik, elektromanyetizma gibi dalların bilgilerinden yararlanır.

Katıhâl fiziği; kalem ucu, granit tencereler, akıllı kumaşlar, leke tutmayan duvar boyaları, hafızalı metaller, şarjlı piller, güneş pilleri gibi pek çok uygulama alanında çalışmalar yapar. Mikroelektronik mühendisliği bu alanla ilgili mesleklere örnektir.