Kvartsostsillaator on elektrooniline ahel, mis genereerib signaali sagedusel, mille määrab ränist ja hapnikust moodustatud kvartskristall. Kvartsi piesoelektrilised omadused muudavad selle väga heaks resonaatoriks kümnetest kilohertsidest (KHz) kuni sadade megahertsini (MHz). Kvartskristallostsillaator on tavaliselt ette nähtud töötama ainult ühel täpsel sagedusel. Neid ostsillaatoreid kasutatakse stabiilsete sageduste loomiseks mobiiltelefonides, globaalse positsioneerimissüsteemi (GPS) vastuvõtjates ja kahesuunalistes raadiotes. Neid kasutatakse ka kellade, arvutite ja muude elektroonikaseadmete täpseks ajavõtuks.
Piesoelektrilisest materjalist, näiteks kvartsist, kristall võib veidi muuta kuju, kui kristalli elektroodile rakendatakse pinget. Kui see pinge on eemaldatud, võib kristall taastada oma algse kuju ja tekitada seda tehes pinge. 1880. aastal avastatud ja piesoelektrilisuseks nimetatud omadus on ostsillaatori töös kriitilise tähtsusega. Aja jooksul tehti katseid erinevate kristallmaterjalidega ja esimene kvartsostsillaator pandi kokku 1910. aastate lõpus. Alates 1920. aastatest on kvartskristallostsillaatoreid sageli kasutatud kellades, samuti amatöör-, kaubandus- ja sõjalistes raadioseadmetes.
Kui kvartsostsillaator esimest korda sisse lülitatakse, edastab ahel kristallile juhusliku mürasignaali. Osa sellest mürast on alati kristalli resonantssagedusel, mis põhjustab kristalli võnkumist. Kristalli kuju muutmisel tekkivat pinget võimendab kvartsostsillaatori ahel ja see suunatakse tagasi kristallresonaatorisse. Kui see protsess kordub, muutuvad signaalid kristalli piiratud sagedusribas tugevamaks, samal ajal kui teised sagedused filtreeritakse välja. Kui see “soojendusperiood” on lõppenud, töötab ostsillaator täpselt oma kavandatud sagedusel.
Kvartskristalli kuju, suurus ja lõige määravad, kui kiiresti see paisub ja kokku tõmbub. Kvartsostsillaator võib töötada sellisel kiirusel, mida nimetatakse selle resonantssageduseks. See võib töötada ka ülemhelisagedusel, mis on resonantssageduse kordne. Kui kvartskristalle esineb keskkonnas looduslikult, siis neid toodetakse väga palju selleks, et suurendada füüsiliselt kasutatavate kristallide saagist ja pakkumist.
Kvartsostsillaatori väljundsagedust võivad mõjutada mitmesugused välistegurid, sealhulgas temperatuur ja isegi äkiline kiirendus. Kiirgus mõjutab ka sagedust, olgu see siis kosmoselaeva kosmilistest kiirtest, röntgenikiirgusest või ioniseeriva kiirguse impulsist. Mõnda neist teguritest saab kompenseerida lisaahelaga, mis jälgib tingimusi ja reguleerib vastavalt ostsillaatori väljundit. Mõned kvartsostsillaatorid sisaldavad temperatuurimuutuste kompenseerimiseks täpselt juhitavat ahju, mille sees on kristall. Kvartskristalle saab ka “pühkida” või kiirguse vastu karastada, küpsetades neid spetsiaalses atmosfääris ja elektriväljas.