Kryštalizácia je spôsob, akým sa atómy spájajú do pevne spojených alebo prepojených skupín. Oddeľuje pevnú látku od kvapaliny alebo niekedy od plynu. Kryštalizácia môže prebiehať z taveniny alebo z roztoku a môže byť prirodzená alebo umelá. Rýchlejšia kryštalizácia môže vytvoriť kryštály menších rozmerov, ako je to v prípade čadiča, a pomalšia môže vytvoriť väčšie kryštály, ako je to v prípade žuly.
Umelá kryštalizácia je technika, ktorá vytvára pevné kryštály z homogénneho roztoku. Aby došlo ku kryštalizácii, musí byť daný roztok presýtený. Jednoducho povedané, roztok by mal obsahovať viac molekúl rozpustenej látky, ako by obsahoval za bežných podmienok. To sa dá dosiahnuť rôznymi metódami - odparovanie rozpúšťadla, chladenie, chemická reakcia, "topenie", ktoré sa v priemyselnej praxi používajú najčastejšie.
Aby sme si to objasnili, môžeme použiť jednoduchý príklad. Vezmeme misku s vodou, do ktorej pridáme kryštáliky cukru. Cukor do nej pridávame dovtedy, kým nedosiahneme štádium, keď sa už žiadne kryštáliky nedajú rozpustiť. Takto získaný roztok je nasýtený. Je zaujímavé, že práve do tohto nasýteného roztoku môžeme zahrievaním rozpustiť viac kryštálov (keďže rozpustnosť rozpustených látok sa zvyšuje so zvyšovaním teploty, hoci sa vyskytujú výnimočné prípady). Toto zvýšenie teploty spôsobí, že sa v ňom rozpustí viac kryštálov cukru (čím vznikne presýtený roztok), ale keď sa teplota roztoku nechá dosiahnuť rovnováhu s okolím, rozpustnosť rozpustenej látky klesne (pretože teplota roztoku sa znížila) a takto pridaný "nadbytočný" cukor vykryštalizuje. Tento proces v podstate ilustruje najjednoduchšiu techniku presýtenia.
"Topenie" je pridanie nerozpúšťadla do roztoku, ktoré znižuje rozpustnosť tuhej látky. Na zníženie rozpustnosti tuhej látky v rozpúšťadle sa môžu použiť aj chemické reakcie, čím sa dosiahne presýtenie.
Kryštalizáciu možno rozdeliť na niekoľko fáz - prvou je primárna nukleácia. Je to rast nového kryštálu, ktorý následne spôsobí sekundárnu nukleáciu - posledné štádium (ak nejde o odstránenie kryštálov). Sekundárna nukleácia si vyžaduje existujúce kryštály, ktoré udržiavajú rast kryštálov. V našom príklade s cukrom sme takéto nukleoly získali, keď sa "nadbytočný" cukor práve kryštalizoval a napomáhal ďalšej tvorbe kryštálov. Sekundárna nukleácia je hlavnou fázou kryštalizácie, pretože práve ona spôsobuje "hromadnú výrobu" kryštálov.
