Kvartsioskillaattori on elektroninen piiri, joka tuottaa signaalin taajuudella, jonka määrittelee pii ja happi muodostettu kvartsikide. Kvartsin pietsosähköinen ominaisuus tekee siitä erittäin hyvän resonaattorin kymmenistä Kilohertseistä (KHz) satoihin Megahertseihin (MHz). Kvartskideoskillaattori on tyypillisesti suunniteltu toimimaan vain yhdellä tarkalla taajuudella. Näitä oskillaattoreita käytetään luomaan vakaita taajuuksia matkapuhelimissa, Global Positioning System (GPS) -vastaanottimissa ja kaksisuuntaisissa radioissa. Niitä käytetään myös kellojen, tietokoneiden ja muiden elektronisten laitteiden tarkkaan kellonaikaan.
Pietsosähköisen materiaalin kide, kuten kvartsi, voi muuttaa muotoaan hieman, kun jännite kohdistetaan kiteen elektrodiin. Kun tämä jännite on poistettu, kide voi palata alkuperäiseen muotoonsa ja tuottaa jännitteen samalla kun se tekee niin. Tämä ominaisuus, joka löydettiin vuonna 1880 ja jota kutsuttiin pietsosähköksi, on kriittinen oskillaattorin toiminnan kannalta. Kokeita tehtiin eri kristallimateriaaleilla ajan myötä ja ensimmäinen kvartsioskillaattori koottiin 1910 -luvun lopulla. 1920 -luvulta lähtien kvartsikideoskillaattoreita on käytetty usein kelloissa sekä amatööri-, kaupallisissa ja sotilasradiolaitteissa.
Kun kvartsioskillaattori käynnistetään ensimmäisen kerran, piiri tuo satunnaisen kohinasignaalin kiteeseen. Osa melusta on aina kiteen resonanssitaajuudella, mikä saa kiteen värähtelemään. Kiteen tuottama jännite muodon muuttuessa vahvistetaan kvartsioskillaattoripiirillä ja syötetään takaisin kideresonaattoriin. Kun tämä prosessi toistuu, kiteen rajoitetun taajuuskaistan signaalit vahvistuvat, kun taas muut taajuudet suodatetaan pois. Kun tämä “lämpenemisaika” on päättynyt, oskillaattori toimii tarkasti suunnitellulla taajuudella.
Kvartsikiteen muoto, koko ja leikkaus määräävät kuinka nopeasti se laajenee ja supistuu. Kvartsioskillaattori voi toimia tällä nopeudella, jota kutsutaan sen resonanssitaajuudeksi. Se voi myös toimia ylääänitaajuudella, joka on resonanssitaajuuden monikerta. Vaikka kvartsikiteitä esiintyy luonnossa ympäristössä, niitä valmistetaan erittäin suuri määrä fyysisesti käyttökelpoisten kiteiden saannon ja tarjonnan lisäämiseksi.
Kvartsioskillaattorin antamaan taajuuteen voivat vaikuttaa monet ulkoiset tekijät, kuten lämpötila ja jopa äkillinen kiihtyvyys. Säteily vaikuttaa myös taajuuteen, olipa se sitten avaruusaluksen kosmisia säteitä, röntgensäteitä tai ionisoivan säteilyn pulssia. Jotkut näistä tekijöistä voidaan kompensoida lisäpiirillä, joka valvoo olosuhteita ja säätää oskillaattorin lähtöä vastaavasti. Joissakin kvartsioskillaattoreissa on tarkasti ohjattu uuni, jonka sisällä on kide lämpötilan muutosten kompensoimiseksi. Kvartsikiteitä voidaan myös ”pyyhkiä” tai kovettaa säteilyä vastaan paistamalla ne erikoisilmapiirissä ja sähkökentässä.