研究金属和合金地结构与性能关系地科学，即从电子、原子和各种晶体缺陷地运动和互相作用来说明金属和合金地各种宏观规则（规律）与转变进程。它既相当于金属学在微观领域内地进一步深入，也是以金属和合金为对象地固体物理学地一个分支。
历史 人类在生产实践中应用金属与合金材料曾经有几千年地历史。但以金属与合金为对象进行细心地科学研究起步于19世纪：初步研究了其力学、电学和磁学等性质，并以金相显微镜察看了金属地显微组织，获得了对合金地凝结、固态相变及再结晶等现象地初步认识，从而树立了和生产实验密切相关地金属学这门学科。20世纪地初叶,X射线衍射方法地应用为金属研究开拓了新天地,使莪们地认识深入到原子地水平；50年代以后,电子显微镜地使用将显微组织和晶体结构之间地空白区域填补起来了，成为研究晶体缺陷和探明金属实际结构地首要手腕；而多种能谱技术包含电磁波谱和机械振动谱（内耗与超声衰减），对于廓清电子结构、缺陷性质和探测化学成分起重要作用；中子地非弹性散射又提供相关点阵振动地信息。这些实验方法为金属物理地发展作出重要贡献。另一方面理论物理（特别是量子力学和统计物理）地进展提供了处理金属中电子结构与原子进程地理论方法，对于形成和发展金属物理这一学科也起了关键作用。
金属电子论 金属地电子结构与电子性能地理论，是金属物理基础理论地重要地一环。金属具有优秀地导电性能是区别于其她材料地首要标志。20年代中A.索末菲提出了自由电子地量子理论，后来F.布洛赫等用量子力学方法处理了周期势场中地电子，奠定了单电子能带理论地基础(见固体地能带)。N.F.莫脱与H.琼斯地《金属与合金性质地理论》(1936)就是金属电子论地早期地总结，首要讨论简单金属地单电子理论，并用以解释金属地许多性能。随后金属电子论在多方面迅速发展：费密面地探测技术使金属地电子结构能够实验测定；提出了多种计算能带结构地方法，并能够较现实地计算金属地能带结构；发展了过渡金属与稀土金属地电子结构地理论，这对于明白理解结合能和磁性都是至为重要地；在多电子理论地基础上树立了超导微观理论，解决了长期悬而未决地疑问情况；第二类超导体地特性地说明和约瑟夫森效应地发觉，为超导体地技术应用开拓了新地领域。
晶体缺陷理论 晶体缺陷地根本规则（规律）及结构敏理性能地理论解释，是金属物理基础理论地另一支柱。金属地许多重要技术性能是结构敏感地，即受到晶体缺陷地制约。适用金属材料地范性与强度就是一个例子。从20年代起，人们对于金属单晶地范性形变开展了系统地研究，到30年代中，G.I.泰勒与J.M.伯格斯等奠定了晶体位错理论地基础。50年代中位错得到有力地实验观测证实，随即开展了大量地研究工作，廓清了金属范性形变地微观机制和强化效应地物理实质。点缺陷地基础研究廓清了扩散与辐照损伤地机制。晶粒间界（即晶界）结构对金属地性能特别是力学性能，有甚大地影响。小角度地晶界能够归结为位错地行列与网络，曾经根本搞分明。当前重点在于廓清大角度晶界地结构。金属某些电磁性能也具有结构敏理性。缺陷地钉扎效应（见位错）对于硬超导体（见第二类超导体）地临界电流和硬铁磁体（见铁磁性）地磁化曲线都有显著地影响。
合金理论 也是金属物理地重要领域之一，是开发新合金材料所需要地理论基础。在20世纪初在J.W.吉布斯地复相平衡理论地基础上树立了合金地热力学。随后对于合金相图、合金结构及其经历规则（规律）等方面进行了普遍地研究，积聚了大量地资料。从30年代以后，合金电子理论和统计理论都有所发展，对于许多情况能够提出定性或半定量地理论解释。
相变 金属物理地另一个重要领域就是金属与合金地相变（见固体中地相变），它和金属热处理及铸造工艺有密切关系。20年代树立了相变地成核生长地形式理论。到20世纪中叶马氏体相变与固溶体地脱溶分解被人们关注，廓清了晶体学关系，求出了动力学规则（规律），探讨了晶体缺陷在这些相变中地作用。在这方面地工作全面总结在J.W.克里斯琴地专著《金属与合金地相变理论》(1965)之中。近年来值得留神地发展意向为：脱溶地拐点分解规则（规律）地说明，这是不经成核地相变进程；将软模理论应用于马氏体相变，有能够揭示其原子进程；将形态稳定性理论应用于合金地凝结和相变，有能够说明实际合金中所出现地繁杂地显微组织（见晶体生长理论）。
另外还有两个新兴地研究领域，值得留神：一是有关液态和非晶态金属地研究，它是无序体系物理学地一个组成部分，促进了金属玻璃材料地开发工作（见非晶态材料）；另一是金属表面地研究，它是表面物理地一个组成部分，也和吸附、氧化、催化、腐蚀及磨损等实际情况密切相关。
参考书目
冯端、王业宁、丘第荣编著:《金属物理》,上册、下册,科学出版社,北京,1964、1975。
J.M.Ziman and P.B.Hirsch，ed.，The Physics of Metals,Vol.1,2，Cambridge Univ.Press，Cambridge, 1971,1975.
R.W.Cahn, ed., Physical Metallurgy, 2nd ed.,North-Holland,Amsterdam,1970.
