Твёрдые раство́ры, однородные твёрдые тела, включающие два или несколько компонентов – атомов или химических соединений, – содержание которых может быть различным в зависимости от задаваемой концентрации. Поэтому твёрдые растворы, как и жидкие растворы, называют также фазами переменного состава или однородным комплексом твёрдых тел, состав которого можно менять, не нарушая однородности (Я. Х. Вант-Гофф, 1890). Твёрдые растворы в общем случае не являются химическими соединениями образуемых ими веществ. Твёрдые растворы могут образовываться при кристаллизации жидких растворов или расплавов; в частности, смешанные кристаллы являются твёрдыми растворами. Механические смеси не являются твёрдыми растворами.

В зависимости от физико-химической природы компонентов и внешних условий образуются твёрдые растворы различной структуры, среди которых выделяют три основных типа. В случае компонентов (атомов, ионов) близкого размера, а также похожей кристаллической структуры могут образовываться твёрдые растворы замещения: при этом в кристаллической решётке часть атомов одного вида замещается другими атомами. Твёрдые растворы внедрения образуются при значительном различии размеров атомов компонентов: меньшие атомы располагаются внутри кристаллической решётки, между атомами другого компонента. Образование твёрдых растворов вычитания сопровождается появлением свободных вакансий в узлах кристаллической решётки соединения. Твёрдые растворы, как и жидкие, могут иметь ограниченную область взаимной растворимости компонентов; в случае неограниченной растворимости говорят о непрерывном ряде твёрдых растворов. Наряду с кристаллическими твёрдыми растворами, существуют и аморфные твёрдые растворы, к которым, в частности, относятся стёкла.

Твёрдые растворы широко распространены в природе (например, многие минералы). Свойства твёрдых растворов могут существенно отличаться от свойств чистых компонентов, что определяет их значимость при создании новых материалов. Хорошо известны металлические сплавы, также представляющие собой твёрдые растворы. В современном материаловедении твёрдые растворы, в том числе и искусственного происхождения, применяются как конструкционные и функциональные материалы. Особый интерес приобретают композитные и нанокомпозитные материалы, создаваемые на основе твёрдых растворов.