梯度纳米晶的实质是晶界密度在空间上呈梯度变化，对应着材料力学、物理、化学性能在空间上也呈梯度变化。结构尺寸的梯度变化有别于不同特征尺寸结构（如纳米晶粒、亚微米晶粒、粗晶晶粒）的简单混合或者复合，有效避免了结构特征尺寸突变引起的性能突变，可以使具有不同特征结构尺寸的结构相互协调，同时表现出各特征尺寸所对应的多种作用机制，使材料的综合力学性能和使役性能得到提高和优化。

金属材料的强度和塑性通常不可兼得，而梯度纳米晶结构可以突破这一限制，实现在获得高强度的同时保持良好的塑性。材料中梯度纳米晶结构具有不同的存在形式，大多数情况下，纳米晶部分处于材料表面，粗晶结构处于材料内部。这种梯度纳米晶结构可以充分发挥纳米晶的优异性能，大幅度提高块体材料表面性能以及表面结构敏感性。在拉伸变形过程中，梯度纳米晶结构中的粗晶组织具有良好的塑性变形和加工硬化能力。梯度纳米晶结构可以提供较高的强度，有效抑制表面纳米晶结构在变形过程中可能产生的应变集中和早期颈缩，从而延迟了表面纳米晶结构的变形局域化和裂纹萌生，使其表现出良好的拉伸塑性变形能力。

梯度纳米晶结构可大幅度提高材料的综合性能，扩大材料的使用范围和使役工况条件。梯度纳米晶结构材料可通过梯度塑性变形、梯度物理或化学沉积方法制备。但是为满足更广的材料范围和更深层次的工业需求，发展梯度纳米晶结构的制备加工技术仍是一个巨大挑战。另外，梯度纳米晶结构材料的研究面临许多基础科学问题，如梯度纳米结构与力学、物理及化学性能之间的关系。以上问题的解决也为材料科学和相关学科（如力学、凝聚态物理与化学）的交叉融合提供了新的课题。