金属通常是由许多晶粒组成的多晶体，晶粒的大小可以用单位体积内晶粒的数目来表示，数目越多，晶粒越细。一般情况下，常温下细晶粒金属可以将外力产生的塑性变形分散在更多的晶粒内进行，塑性变形较均匀，应力集中较小，不利于裂纹的扩展，因此比粗晶粒金属有更高的强度、硬度、塑性和韧性。通过细化晶粒以提高材料强度的方法称为细晶强化，在工程中得以普遍应用。细晶强化的强化规律通常采用霍尔-佩奇公式^[注]描述：，即多晶体屈服强度与晶粒平均直径平方根的倒数之间存在线性关系。霍尔-佩奇公式中的系数是与材料有关的常数。超细晶金属的强化规律仍然遵循霍尔-佩奇公式，但其中系数有明显变化。

采用强力变形是实现在金属中达到超细晶的重要手段，通过形变和相变耦合以及纳米析出相也是制备超细晶金属的有效技术。

超细晶金属具有很高的强度和良好的塑韧性，同时超细晶粒能阻止裂纹的传播和扩展，具有优良的断裂强度。但超细晶金属的晶界和相界对材料性能的影响比粗晶金属更为显著，当金属中夹杂物尺寸与晶粒尺度相当时，将使超细晶的强化作用下降。如果晶粒进一步细化达到纳米尺度时，可能出现反常的霍尔-佩奇关系：当达到临界晶粒尺寸时（约10纳米），金属的强度随着晶粒尺度的减少而降低或不变。

在高温下，由于原子扩散的加剧，晶界的强化效果会显著下降，甚至低于晶内的强度而失去强化效果。通常将晶内强度和晶界强度相对的温度称为等强温度。对于超细晶金属，由于大量晶界的存在，相应的等强温度低于粗晶金属的。