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为了解释晶体的结构和性质，常把晶体看成是由直径相等的圆球状原子在三维空间堆积构成的模型，通常称为晶体的堆积模型。这种基于致密颗粒堆积几何知识的模型，可帮助解释很多体系的结构，包括液体、玻璃、晶体、颗粒和生物体系，成为一种常用的模型方法。
考虑到部分晶体（如以金属键或离子键为主的晶体）中质点间的联系没有方向性和饱和性，我们可将金属晶格和离子晶格内部的质点（原子或离子）在几何形式上视为具有一定体积的球体。金属晶格和离子晶格中原子或离子的排布，可视为球体的堆积，这种堆积应遵循内能最小，使晶体处于最稳定状态的原则，因而要求球体尽可能地相互靠近，占据最小的体积，这就是球体最紧密堆积原理。
固体材料质点间处于平衡态时，相当于原子和离子在结构中做球体最紧密堆积。球体堆积可分为两种基本类型，一种是单质（原子）做等大球体最紧密堆积，如纯金属晶体；另一种是离子做不等大球体的紧密堆积，如离子晶体。
金属晶体中金属原子的堆积是较典型的等大球体最紧密堆积。等大球体最紧密堆积及其空隙的研究，有助于理解许多晶体特别是以金属键或离子键为主要键型的晶体结构。
等大球体在平面内做最紧密排列时只有一种方式，如图2-1所示。这是做单层最紧密排列情况。此时，每个球与周围的六个球相邻接，球的位置记为A；球与球之间形成三角形空隙，其半数尖端指向下方，其位置记为B，另半数尖端指向上方，其位置记为C。
图2-1 等大球体在平面内的最紧密堆积及其空隙
图2-2 两层球的最紧密堆积及其空隙
当考虑将第二层紧密堆积叠加到第一层上去时，从图2-2可看出，第二层的每个球均与第一层中的3个球体相邻接触，且要落在同一种三角形空隙（B空隙或C空隙）位置上，但其结果并无本质的差别。此时，第二层存在两类不同的空隙，一种是连续穿透两层的空隙（D空隙），另一种是未穿透两层的空隙（E空隙）。
再最紧密叠置第三层球体时，鉴于第二层上出现两种空隙，第三层将有两种不同的堆积方式，从而形成两种球体最紧密堆积。
图2-3 二层最紧密堆积侧视图
图2-4 三层最紧密堆积侧视图
一种是第三层的球体落在未穿透的空隙位置上，从垂直于图面的方向观察，此时第三层球的位置正好与第一层相重复。如果继续堆第四层，则第四层又与第二层重复，而第五层与第三层重复，如此继续下去，每两层重复一次。这种紧密堆积方式称为二层最紧密堆积，用ABAB…的记号表示，如图2-3所示。又由于在这种堆积中，可以找出六方晶胞，其中相当点（球）是按六方格子排列的，所以也称为六方最紧密堆积。
另一种堆积方式是第三层的球体落在连续穿透两层的空隙位置上。这样第三层和第一、二层都不同。叠置的第四层才与第一层重复，第五层与第二层重复，第六层与第三层重复，每三层重复一次。这种紧密堆积方式称为三层最紧密堆积，用ABCABC…的记号表示，如图2-4所示。又由于在这种堆积中，可以找出立方晶胞，其中相当点（球）是按立方面心格子分布，所以也称为立方最紧密堆积。
在矿物中，由等大球体按最紧密堆积规律构成的矿物并不多，常见的有自然铜、自然银、自然金、铂族元素等数种自然元素矿物。但是在离子化合物中，由于阴离子体积常大大超过阳离子，所以其晶体结构中常是阴离子做等大球体最紧密堆积，阳离子则位于剩下的空隙中。据计算，在等大球体最紧密堆积中，球体只占据空间的74.05%，有25.95%的剩余空间。
因此，研究等大球体最紧密堆积，不仅对了解自然金属晶体有意义，而且能指导对离子化合物晶体结构的研究。为了研究离子化合物的结构，不仅要了解等大球体最紧密堆积的方式，而且要研究其中的空隙。
在上述的等大球体最紧密堆积中，存在着两种空隙。一种是处于四个球体包围之中的空隙，四个球体中心之连线恰好成一个四面体的形状，称为四面体空隙（图2-5）。这种空隙就是上面所述的未穿透两层的空隙。另一种是处于六个球体包围之中的空隙，六个球体中心之连线恰好连成八面体的形状，称为八面体空隙（图2-6）。这种空隙就是上述连续穿透两层的空隙。
图2-5 四面体空隙
图2-6 八面体空隙
显然八面体空隙的空间要大于四面体空隙。在等大球体做最紧密堆积中，四面体空隙数、八面体空隙数与球体的数目有一定的关系。经过计算，四面体空隙数为等大球体数的两倍。八面体空隙数等于球数。即若有 n 个等大球体做最紧密堆积，则四面体空隙有2 n 个，八面体空隙有 n 个。
对于不等大球体堆积，如果球径差别较大，较小尺寸的球可以近似填充在八面体或四面体空隙中的话，这种情况可以看成较大的球体做等大球体的最紧密堆积，较小的球按其本身的大小，填充在八面体或四面体空隙中，此时就形成了不等大球体紧密堆积的一种方式。这种堆积方式在离子晶体构造分析中经常使用，它相当于半径较大的阴离子做最紧密堆积，半径较小的阳离子填充于空隙中。如图2-7所示。
图2-7 不等大球体的紧密堆积
在实际晶体构造中，阳离子的大小不一定能无间隙地填充在空隙中。比如离子键晶体中阴阳离子半径差异较大，阴离子做近似紧密堆积，阳离子填充其空隙，往往阳离子稍大于空隙而将周围的阴离子略微“撑开”。相反，在某些晶体构造中，比如以共价键为主的原子晶格，由于共价键的方向性和饱和性，其组成原子不能做最紧密堆积。如果阳离子的尺寸较小，填充在阴离子形成的空隙内允许有一定的位移偏差。这两种结果都可能导致阴离子近似做最紧密堆积或出现某种程度的变形，情况较为复杂。