Il microfono a cristallo sfrutta una proprietà di alcuni materiali, che, se sottoposti a pressione, generano corrente (effetto piezoelettrico). Quindi, nel più semplice dei casi, un parallelepipedo della suddetta sostanza, con entrambe le facce metallizzate, funge da trasduttore. Le facce metalliche sono collegate al circuito, e servono a migliorare la conduttività del cristallo. Quando l’apparato è investito da pressione sonora, il cristallo subisce una deformazione (compressione o dilatazione), che genera una tensione elettrica; essa sarà direttamente proporzionale alla deformazione subita dal materiale, e quindi alla pressione sonora.
Per la sua costruzione, il rumore di fondo è totalmente assente. La banda passante è ampia, quasi pari allo spettro udibile, ma in fatto di linearità e sfasamento, la caratteristica del microfono è appena sufficiente. Per migliorare quest’ultima peculiarità, si usa costruire trasduttori con due parallelepipedi di cristallo; le facce vicine sono separate da una lamina metallica, mentre le facce esterne di entrambi sono, come prima, metallizzate. Quindi, la lamina di separazione funge da contro elettrodo; invece i cristalli compiono movimenti opposti: se uno si dilata, l’altro di comprime, e viceversa. Nel caso in cui, l’elemento piezoelettrico venga direttamente esposto a pressione sonora, si usa, come diaframma un’asticciola di metallo collegata ad una delle due lamine dei cristalli. Ciò viene eseguito a spese della linearità e banda passante. La sensibilità è comunque mediamente buona, quasi come quella dei microfoni a condensatore, mentre invece l’impedenza è uno dei difetti maggiori.