純金屬的結晶是從液態到固態的過程，稱為凝固。由於液態金屬凝固後通常是晶體，所以液態金屬到固態金屬的過程也叫結晶。
液態金屬的結構:發現液態金屬在略高於熔點時的結構有以下特點:1)是短程有序，長程無序的結構；2)有能量波動和結構波動。
結晶過程中的宏觀現象:熱分析是研究液態金屬結晶最常用也是最簡單的方法。就是將金屬放入坩堝中，加熱熔化，切斷電源，用熱電偶測量液態金屬的溫度與時間的關系曲線，稱為冷卻曲線或熱分析曲線，如圖1.26所示。從這條曲線可以看出，液態金屬的結晶有兩個重要的宏觀現象。
1，過冷現象
實際結晶溫度T總是低於理論結晶溫度Tm的現象稱為過冷，它們的溫差稱為過冷度，用△T表示，純金屬在結晶過程中的△T與其性質、純度和冷卻速度有關。發現液態金屬純度低，δT小，冷卻速度慢，δT小，反之亦然。
2.結晶過程伴隨著潛熱的釋放。
從純金屬的冷卻曲線可以看出，它是在恒溫下結晶的，即液態金屬的溫度並不隨著時間的延長而降低。這是因為結晶潛熱是液態金屬在結晶過程中釋放出來的，它補償了液態金屬向外界散失的熱量，從而使結晶維持在壹個恒定的溫度。當結晶結束時，其溫度繼續隨時間降低。
金屬結晶的微觀基本過程:由於金屬不透明，無法直接觀察其結晶的微觀過程，但通過對透明有機物結晶過程的觀察，發現金屬結晶的微觀過程是原子從液態的短期有序逐漸轉變為固態的長期有序的過程。
液態金屬在其Tm以下過冷時，其最大的短程有序原子團通過釋放結晶潛熱排列成長程有序小晶體，稱為晶核，這個過程稱為形核。晶核壹旦形成，可以不斷生長，其他大的短程有序原子團可以形成新的晶核。因此，純金屬的結晶過程是晶核不斷形成和長大的交替過程。所以結晶後是多晶。如果結晶時只控制壹個晶核的形成和生長，就可以得到單晶。
金屬結晶的熱力學條件:
根據熱力學第二定律，物質遵循能量最小原理，即物質總是朝著能量減少的方向自發轉化。在恒壓條件下，液態和固態金屬的自由能與溫度的關系曲線是單調遞減的凸曲線，兩條曲線的斜率不同。從熱力學表達式可以看出，液相的斜率大於固相，因為液相中原子排列的混沌躍遷較大，S液體>:S固體，兩條曲線交點的溫度就是金屬的理論結晶溫度，也就是熔點。此時液相和固相的自由能相等，液相和固相處於動態平衡狀態，兩相可以長期存在。(1)當T=Tm時，G液體=G固體，存在兩相；②當T >時；在Tm時，液體G是固體，金屬結晶成固體，而△G=G固體-G液體