Способность металлов образовывать различные кристаллические структуры одинакового состава называется аллотропией или полиморфизмом. Например, некоторые металлы (железо, титан, олово и др.) способны при достижении определенных температур изменять свое кристаллическое строение, перестраивая тип элементарной ячейки. Так, ОЦК-железо при нагреве до 911°С перестраивает кристаллическую решетку и становится ГЦК-железом. Это строение сохраняется до 1392°С, после чего при повышении температуры решетка снова перестраивается и приобретает ОЦК-строение, сохраняя его вплоть до температуры плавления 1539°С.
Основной причиной полиморфных или аллотропических превращений является стремление любого вещества обладать минимальным запасом свободной энергии. Если у металла при достижении какой-то определенной температуры изменение типа кристаллической решетки обеспечивает уменьшение запаса свободной энергии, то такой металл претерпевает полиморфное превращение.
Обычно полиморфные формы металла обозначаются буквами греческого алфавита, при этом низкотемпературные модификации обозначают буквой а, а последующие в порядке роста температур -β, γ, δ и т.д.
Полиморфные превращения металлов имеют важное практическое значение. Благодаря им изменяются такие свойства металла, как плотность, способность растворять в своей решетке другие элементы и др. Поэтому полиморфные превращения можно использовать для целенаправленного изменения свойств металлов путем термической обработки.