如果说位错理论是研究一维晶体缺陷的系统理论，那么几何晶体学就是研究二维缺陷的系统理论，其主要研究对象是晶界和相界。相比于位错理论，几何晶体学的理论架构和基本假设更加简洁。几何晶体学避免对能量作任何假设，单纯对晶体结构的几何关系进行研究。几何晶体学有几个不同的小流派，比如马氏体相变晶体学、孪晶晶体学、O点阵理论、边-边匹配模型等等，这些流派的基本假设和计算方法大同小异，最后很可能会统一在一套理论体系之中。

材料科学中的几何晶体学与常规的晶体学有所不同。常规的晶体学是用群论来描述一个晶体的对称性，而关于缺陷的晶体学本质上是研究两个或多个晶体之间的关系（引申为群与群之间的关系）。缺陷晶体学的发展有以下几个历史节点：

1. 20世纪20年代，贝恩（Edgar Bain）提出了面心立方和体心立方晶体之间的形变路径；20世纪30年代，柏格斯（WG Burgers）提出了体心立方和密排六方晶体之间的形变路径。由于相变过程中的形变路径（即原子的迁移路径）在实验中几乎无法观测到，形变路径可以看作单纯的理论假设，后来也成为几何晶体学的最基本假设。同时，由于形变路径本身并不能直接预测晶体中的缺陷，这一假设在之后二三十年并未引起广泛关注。

2. 20世纪50年代开始，随着材料科学家对于矩阵、张量等工具的熟练运用，几何晶体学迎来了大发展时期。首先是不变平面概念的引入，给出界面择优结构的几何判据（平行于其它理论中的能量判据），并将形变路径与缺陷结构之间的联系建立了起来。从50年代到70年代，主流的理论材料学家几乎个个都是晶体学的专家，马氏体相变晶体学和孪晶晶体学的理论框架相继建立了起来，直至今日仍是指导我们分析晶体缺陷的主流理论。70年代由W. Bollmann提出的O点阵理论也为几何判据的选择提供了坚实的数学基础。

3. 20世纪70年代，群论在物理学中的成功应用为材料学家们打开了新的视野。前面提到的卡恩就是把群论引入缺陷晶体学的先行者之一。另一位重要的科学家J.L. Ericksen在材料领域可能影响力稍小，他提出的理性力学主要研究晶体材料的形变性质，而他的弟子及再传弟子们也对缺陷晶体学产生着重要而持久的影响。

4. 进入21世纪，这一领域本身已经被认为是非常成熟的理论体系，但与其它理论体系的内在联系却并不明确，这也为当代的材料科学家们提出新的挑战。一方面，缺陷晶体学是否可以将零维、一维、二维缺陷统一在相同的理论框架之内，并描述不同维度缺陷之间的相互作用和相互转化。另一方面，对称性破缺、拓扑缺陷以及规范场论这些概念的引入是否可以将缺陷晶体学的物理和几何本质统一起来。

纵观缺陷晶体学的发展，有两大趋势：即分化到统一和数学到物理。可以预见，在材料科学家们真正认清晶体学的物理本质之后，统一而简洁的晶体缺陷理论会最终建立起来。