由于杂质颗粒或铸型内壁等外界因素会促进结晶晶核的形成，新相优先在母相中存在的异质基体处形核。依附于这些已存在的表面可使形核界面能降低，进而降低形核阻力，使形核可在较小的过冷度下发生。通常金属凝固形核的过冷度一般不超过20℃，故金属凝固的形核过程大多为非均匀形核。非均匀形核的临界形核半径与均匀形核相同，但其临界形核功与晶核及异质基体间的接触角密切相关。接触角越小，临界形核功越小，形核所需的过冷度就越小，进而越易于形核，故当易润湿的外来颗粒出现在过冷熔体中时，极易诱发非均匀形核。而当接触角为180°时，晶核与异质基体间完全不润湿，形核所需的过冷度最大，此时为均匀形核。非均匀形核位置的数量依赖于异质基体的数量和类型，在较小的过冷度下可获得较高的形核率。实际工业生产中，通常可在液态金属中加入合适的形核剂，形成可促进非均匀形核的异质基体（形核剂本身或形核剂与液态金属反应的产物），从而达到细化晶粒、改善材料性能的目的。