В твердом теле атомы при любой температуре непрерывно совершают колебания около среднего положения равновесия. Если амплитуды таких колебаний малы, то их можно считать гармоническими. При повышении температуры, амплитуда колебаний растет. Поскольку, как было уже показано выше, атомы в твердом теле связаны между собой силами межатомной связи, то возбуждение колебания одного атома передается ближайшим соседям и т. д. Такой процесс сравним с распространением звуковых волн в среде. Все возможные колебания связанных атомов можно представить как совокупность взаимодействующих упругих волн различной длины, распространяющихся по всему объему кристалла. При этом, т. к. твердое тело ограничено по размеру, при данной температуре устанавливается стационарное состояние колебаний, которые представляют собой суперпозицию стоячих волн.
Теория колебания атомов кристаллической решетки лежит в основе объяснения многих физических явлений, таких как теплоемкость, теплопроводность, тепловое расширение, электропроводность и др. Но прежде чем рассматривать основы теории тепловых колебаний атомов в кристалле, полезно ознакомиться с более простым случаем − распространением упругих волн в однородной непрерывной среде. Моделью такой среды можно считать однородную струну.