Auch im festen Zustand kann es zu Phasenumwandlungen kommen. Sie erfolgen mittels Entmischung, der Bildung von Ausscheidungen und den diffusionslosen Übergängen zwischen Kristallstrukturen. Durch metallurgische Prozesse wie Glühung und Abschreckung und der Nutzung bestimmter Legierungszusammensetzungen können diese Phasenumwandlungen gezielt induziert werden, um die Eigenschaften des Materials zu beeinflussen. Die für die Materialwissenschaft und Werkstofftechnik wichtigsten Phasenumwandlungen sind die Aushärtung und die Martensitbildung. Zur Ausnutzung der Ausscheidungshärtung, werden gezielt kleine, fein verteilte Ausscheidungen zur Erhöhung der Festigkeit des Materials mittels einer Wärmebehandlung eingebracht. In vielen Materialsystemen erfolgt die Bildung der thermodynamisch stabilen Ausscheidungsphasen über eine Reihe metastabiler Phasen. Die erreichbare Festigkeitssteigerung wird bestimmt durch den Volumenanteil und die Größe der Ausscheidungsphasen sowie ihre jeweilige Kristallstruktur und Kohärenz mit der Matrixphase. Mittels Abschrecken kann es in Legierungssystemen mit allotropen Modifikationen im Festen zu martensitischen Umwandlungen kommen. Diese Umwandlungen verlaufen spontan und diffusionslos. Martensite sind thermodynamisch metastabile Phasen, die eine hohe Festigkeit haben.