Mikrorakenne on tapa, jolla materiaali kokoontuu hyvin pienessä mittakaavassa. Objektin mikrorakenne ei ole näkyvissä paljaalla silmällä, vaikka mikroskooppisella tasolla olevat kuviot voivat monistua suuremmalla tasolla. Tämä suurempi taso on makroskooppinen taso; se antaa tarkkailijalle perusvaikutelman materiaalin taustamallista. Objektin mikrorakenne määrittää suurimman osan sen fysikaalisista ominaisuuksista. Materiaaleja on neljä pääluokkaa niiden mikrorakenteen perusteella: keraaminen, metallinen, polymeerinen ja komposiitti.
Materiaalin fyysinen rakenne näyttää muuttuvan sen mukaan, kuinka tarkasti sitä tarkastellaan. Kun esinettä pidetään käden ulottuvilla, se näyttää erilaiselta kuin jos se olisi käden leveydellä henkilön kasvoista. Sama pätee, kun kohde havaitaan mikroskoopilla. Mikrorakenteen vakiomääritelmän luomiseksi sen tarkasteluun käytetyn suurennuksen teho on enintään 25 -kertainen.
Kun rakenne havaitaan suuremmalla tai pienemmällä teholla, se näyttää erilaiselta. Näillä muilla havaittavilla rakenteilla, erityisesti pienemmillä, voi olla merkittävä vaikutus kohteen ominaisuuksiin. Mikrorakenteen määritelmän laajentamisen sijasta mikrorakenteen muodostavia elementtejä muutetaan vastaamaan taustalla olevan rakenteen eroja.
Esimerkkinä on mahdollista tarkastella makroskooppista maailmaa. Jos havaittu kohde olisi moottoritiejärjestelmä, mikrorakenne olisi tie. Eri tiet on valmistettu eri materiaaleista ja siksi niillä on erilaiset ominaisuudet. Näin tie on jaettu tietyyppeihin.
Yleensä mikrorakenne havaitaan ottamalla esineestä paperi-ohuita viipaleita ja asettamalla ne mikroskoopin alle. Nämä viipaleet ovat niin ohuita, että valo paistaa niiden läpi ja korostaa taustalla olevaa rakennetta. Havaitusta materiaalista riippuen voidaan käyttää muita menetelmiä, kuten elektronimikroskopiaa tai röntgensäteitä.
Näkemällä läsnä olevat materiaalit ja tarkkailemalla niiden vuorovaikutustapaa on mahdollista ennustaa, miten materiaali toimii makroskooppisella tasolla. Tietyillä materiaaleilla on tiettyjä ominaisuuksia, joten kun ne ovat läsnä, ne siirtävät nämä ominaisuudet koko materiaalille. Niiden perusrakenne osoittaa myös, miten materiaali toimii. Esimerkiksi materiaali, jossa rakenne on järjestetty pitkiin lukitsemattomiin levyihin, voi olla taipuvainen rikkoutumaan tai taipumaan.
Nämä ominaisuudet yhdessä antavat materiaalille laajan luokituksen. Nämä luokat kertovat materiaalin perusominaisuuksista ilman tarvetta tarkkailla sen todellista rakennetta. Kolme niistä – keraamiset, metalliset ja polymeeriset – ovat puhtaita kokoelmia tietyntyyppisestä rakenteesta. Neljäs, yhdistelmä, on sekoitus kolmesta peruslajista.