具有高纯度（碳、氢、氧等70多种杂质元素总浓度不高于100毫克/公斤）、无晶界、优异的力学性能（尤其是高温力学性能）和物理化学性能、结晶缺陷少以及各向异性等特点。其制备方法主要有电子束悬浮区域熔炼法、等离子弧熔炼法以及应变-退火法。原料的纯度、坯材和单晶籽晶的品质，尤其是单晶生长工艺及自动化控制影响钨单晶材料的稳定制备。此外，钨单晶材料通过合适的热处理制度也可改善其显微组织和内部缺陷，从而提高材料的应用性能。为了进一步提高钨单晶材料的高温力学性能（尤其是高温蠕变性能）等，通过合金化原理，如添加铌、钽、铼等合金元素，使得材料在1600～2000℃的复杂工况环境中服役7～10年。国际上仅有俄罗斯、美国和中国能制备出大尺寸定向面高纯钨单晶材料，材料的纯度可达99.995wt%，棒材尺寸规格可达30×1100毫米。

钨单晶材料在空间技术、电子、照明、激光、兵器、高能物理及国际热和聚变（ITER）系统等领域具有广泛的应用前景；如相比于钨多晶丝材，经过5000次热循环后的钨单晶丝材显微组织稳定，而钨多晶丝材由于杂质元素逸出、再结晶等直接导致炽热元件失效，采用高纯钨单晶丝材制作的照明行业用炽热元件服役寿命可提高40%。具有特定晶向面的钨单晶由于电子功函数高而被用作先进热电转换器电极材料。高纯W¹⁸⁶单晶中子散射可用于研究钨原子内部电子和中子间的相互作用及能量约为110千电子伏的F¹⁹原子核相干激励。