Все металлы и металлические сплавы, полученные обычными способами, представляют собой поликристаллические тела, состоящие из различно ориентированных по отношению друг к другу кристаллов. Эти кристаллы, вследствие взаимного столкновения
в процессе кристаллизации, имеют неправильную форму и называются кристаллитами, или зёрнами. На кристалличность металлов – самородных меди и золота – и сходство их кристаллов с кристаллами солей обратил внимание в шестидесятых годах 18-го столетия гениальный русский учёный М.В. Ломоносов. Понятие о кристалличности металлов и сплавов легло в основу современного научного объяснения их прочностных и пластических свойств. Атомы (ионы) в кристаллах расположены закономерно.

При особых условиях металлы и сплавы могут быть получены в аморфном состоянии. Атомы в аморфных телах расположены хаотично.

В дальнейшем, вместо выражения «металлы и сплавы», в тексте возможно использование термина «металлы», что соответствует принятой терминологии. Попутно отметим, что все металлы и сплавы условно подразделяют на две группы. Железо и сплавы на его основе, т. е. сталь и чугун, называют чёрными металлами, а остальные металлы и их сплавы – цветными.

Атомы в кристалле, располагаясь в определённом порядке, образуют кристаллическую решётку. Эта решётка представляет собою воображаемую пространственную сетку,
в узлах которой находятся положительно заряженные ионы, а между ними – свободные электроны, получившие название электронного газа.

Расположение атомов в кристалле обычно изображают в виде пространственных так называемых элементарных кристаллических ячеек, перемещением которых можно воспроизвести пространственную кристаллическую решётку. Для металлов наиболее распространены три типа кристаллических решёток:

· объёмно-центрированная кубическая (ОЦК) – атомы расположены в вершинах и центре куба. Эта решётка характерна для альфа-железа, альфа-хрома, молибдена, вольфрама, ванадия и других металлов;

· гранецентрированная кубическая (ГЦК) – атомы расположены в вершинах куба
и в центре каждой грани. Эту упаковку имеют металлы: гамма-железо, альфа-никель, медь, алюминий, свинец и др.;

· гексагональная плотноупакованная (ГПУ) – атомы расположены в углах и центре шестигранных оснований призмы, и три атома расположены в средней плоскости призмы. Эту решётку имеют магний, цинк, кадмий, альфа-цирконий и другие металлы.

Расстояния между центрами ближайших атомов в элементарной ячейке называются периодами решётки.

В ОЦК-рёшетке каждый атом в вершине куба одновременно принадлежит восьми элементарным ячейкам. Следовательно, на одну элементарную ячейку ОЦК-решётки приходится два атома: из них один атом находится в центре куба, а один вносят атомы, расположенные в вершинах куба. Аналогичным образом можно показать, что на одну элементарную ячейку ГЦК-решётки приходится четыре атома, а на одну ячейку ГПУ-решётки – шесть атомов.

Рис. 1. Схема, демонстрирующая число атомов, находящихся на равном и наименьшем расстоянии d в объёмно-центрированной кубической решётке

Важной характеристикой кристаллической решётки является её плотность, т. е. объём, занятый атомами. Атомы при этом рассматриваются как жёсткие шары. Плотность характеризуется координационным числом – числом атомов, находящихся на равном и наименьшем расстоянии от одного, так называемого базисного атома.

На рис. 1 приведена схема кубической объёмно-центрированной решётки, где за базисный атом 0 взят атом, расположенный в центре куба. Наименьшее расстояние между атомами составляетгде а – период решётки.

Видно, что на равном и ближайшем расстоянии от него находится 8 атомов, расположенных в вершинах куба. Таким образом, координационное число для этой решётки 8 (обозначается К8), а коэффициент заполнения, т. е. отношение объёма, занятого атомами, к объёму ячейки, составит 68 %.

Чем больше координационное число решётки, тем выше плотность упаковки атомов. Для гранецентрированной кубической и гексагональной плотноупакованной решёток координационное число 12 (принятое обозначение соответственно К12 и Г12). Эти решётки являются наиболее компактными. Коэффициент заполнения в них составляет 74 %.

В специальной литературе рассматриваются такие вопросы, как кристаллографические обозначения атомных плоскостей кристаллов и индексы направлений, что необходимо, например, при объяснении такого характерного для металлических кристаллов свойства, как анизотропия – неодинаковость многих свойств – физических, химических, механических – по разным кристаллографическим направлениям. Связано это с тем, что различные плоскости заполнены атомами с различной плотностью. В качестве примера рассмотрим две плоскости в объёмно-центрированной кубической ререшётке: плоскость куба и плоскость, проходящую через элементарную ячейку (рис. 2).

Рис. 2. Схема, поясняющая различную плотность атомов в двух плоскостях ОЦК решётки: а) в плоскости куба;  б) в плоскости, проходящей через элементарную ячейку

Четыре атома, расположенные в вершинах квадрата, вносят
в плоскость куба один атом, поскольку каждый из этих атомов в совокупности с соседними ячейками принадлежит четырём плоскостям. Следовательно, плотность атомов в плоскости куба составит 1/a² (а – период решётки). Плотность атомов в плоскости, проходящей через элементарную ячейку, как нетрудно показать, составит , т. е. в  раз будет больше.

Анизотропия особенно важна в технике, где используются монокристаллы. Металлы, затвердевшие в обычных условиях, состоят из множества различно ориентированных по отношению друг к другу кристаллитов. Поэтому свойства литого металла во всех направлениях более или менее одинаковы. Это явление получило название квазиизотропности, т. е. кажущейся одинаковости.