金屬在固態下，由一種晶格轉變為另一種晶格的過程稱為同素異構轉變。如鐵、鈦、錳、錫等均有同素異構轉變的性能。純鐵的同素異構轉變過程如圖1．2．8所示，從圖中可以看出，純鐵在1 538℃時開始結晶，在1 538～1 394℃時為體心立方晶格，稱為δ-Fe；溫度下降到1 394～912℃時為面心立方晶格，稱為γ-Fe；在912℃以下為體心立方晶格，稱為α-Fe。純鐵的同素異構轉變過程可概括如下：

圖1．2．8　鐵的同素異構轉變

金屬的同素異構轉變也是通過原子的重新排列來完成的，它與液態金屬結晶過程很相似，也包括晶核的形成和晶粒的長大兩個階段，為了便于兩者的區別，一般將固態同素異構轉變稱為二次結晶或重結晶，液態金屬結晶稱為一次結晶。由于在固態下原子的擴散比液態下困難得多，因此同素異構轉變應具有較大的過冷度。此外，由于晶格類型不同，其原子排列的致密度不同，將會使金屬的體積發生變化并產生較大的內應力。

由于純鐵具有同素異構轉變的特性，因此它是鋼鐵能夠進行熱處理的依據，也是鋼鐵材料性能多種多樣、用途廣泛的主要原因之一。