• утворення механічної суміші компонентів;
• утворення хімічних сполук;
• утворення твердих розчинів.

    У разі формування механічної суміші компонентів сплаву атоми кожного з компонентів утворюють власні кристалічні ґратки, тобто кожний елемент кристалізується самостійно. Механічну суміш, яку утворюють два компоненти, що нездатні взаємно розчинюватись або утворювати хімічну сполуку при кристалізації з рідкого стану, називають евтектикою. Структура сплавів такого типу (Sn — Zn, Sb — Pb) неоднорідна (гетерогенна). Слід очікувати, що властивості цих сплавів будуть усередненими, виходячи з рівня властивостей компонентів та їхнього кількісного вмісту у сплаві.
    Утворення хімічної сполуки при кристалізації зумовлено здатністю різнорідних атомів (які значною мірою відрізняються за будовою і властивостями) об'єднуватись у певній пропорції, утворюючи новий тип кристалічної ґратки, що відрізняється від ґраток компонентів сплаву. При цьому утворюється речовина з новими властивостями, для якої характерно: чітке співвідношення кількості атомів елементів, що її утворюють А_пВ_т (наприклад, Fe₃C, Fe₂0₃); наявність власного типу кристалічної ґратки; певна (постійна) температура плавлення; суттєва відмінність у властивостях порівняно з вихідними елемен­тами; стрибкоподібна зміна властивостей при зміні хімічного складу (сингулярність).
    Якщо ж при переході сплаву з рідкого стану в твердий зберігається однорідність і розчинність елементів, що його утворюють, такий сплав називають твердим розчином. При утворенні твердого розчину один з елементів зберігає власну кристалічну ґратку (роз­чинник), а інші у вигляді окремих атомів розподіляються у його кристалічній ґратці. Залежно від характеру їх розміщення в ґратці розчинника розрізняють тверді розчини заміщення й тверді розчини втілення. Утворення відповідного виду твердого розчину пов'язане з типом кристалічної ґратки та співвідношенням атомних радіусів компонентів.
    При утворенні твердих розчинів заміщення атоми компонента, що розчиняється, заміщують частину атомів роз­чинника у вузлах його кристалічної ґратки. Коли компоненти замі­щують один одного у кристалічних ґратках у будь-яких кількісних співвідношеннях, то утворюється безперервна низка твердих роз­чинів. Таку необмежену розчинність (здатність утворювати тверді розчини при будь-яких пропорціях компонентів) мають лише метали з кристалічною ґраткою одного типу за умови, що параметри їхніх ґраток відрізняються не більше ніж на 8... 15 %. Проте допустимі відміни в параметрах для різних пар металів різні. Так, необмежені тверді розчини у сплавах на основі заліза можуть утворюватись за умови, що атомні діаметри елементів, які розчинюються, відріз­няються від заліза не більше ніж на 8 %. Якщо різниця атомних діаметрів більше 8 %, на основі заліза утворюються лише обмежені тверді розчини.
    Взаємодію елементів у сплавах і характер структури зумовлює фізична природа елементів, тобто тип кристалічної ґратки, розташу­вання елементів у періодичній системі Д.І. Менделєєва тощо.
Дійсно, метали, розташовані поблизу один від одного у таблиці Д.І. Менделєєва, мають необмежену розчинність: Сu(29) і Ni(28); Fe(26) і Ni(28); Fe(26) і Cr(24); Fe(26) і Со(27); Со(27) і Ni(28), або розташовані в одній групі: As(33) і Sb(51); Au(79) і Ag(47); Au(79) і Cu(29); Bi(83) і Sb(51) (цифри у дужках означають номер елемента). Елементи з кристалічними ґратками різного типу, якщо їхні атоми близькі за розмірами, можуть розчинюватись один в одному обмежено. Чим більша різниця в розмірах атомів компонентів, тим менше вони розчинюються у твердому стані.
    Обмежена розчинність компонентів характерна також при утво­ренні ними твердих розчинів втілення, тобто таких, коли атоми розчинених компонентів розташовуються (втілюються) у міжвузольних об'ємах метала-розчинника. При цьому атоми роз­міщуються не в будь-якому міжвузлі, а лише в тих, де для них достатньо вільного об'єму. Ці пустоти малі за розміром, у них можуть розміститись елементи, атоми яких мають відповідні невеликі розміри (водень, азот, вуглець, бор).       Вміст їх у твердому розчині втілення не перевищує 1...2 %. Тобто такі сплави є твердими розчинами з обмеженою розчинністю компонентів.
    Утворення твердих розчинів (заміщення, втілення) супроводжу­ється зміною параметрів кристалічної ґратки метала-розчинника за­лежно від співвідношення розмірів атомів компонентів і відповідним зміцненням сплаву. Зміцнення пропорційне відносній зміні парамет­ра ґратки, причому зменшення параметра призводить до більш суттєвого зміцнення, ніж його збільшення.
    Властивості сплавів, що утворюють тверді розчини, відрізняються від властивостей елементів-компонентів. Проте сплави зберігають основні властивості металів, а саме: здатність до пластичної дефор­мації, електропровідність тощо.
Відзначимо також, що на відміну від механічної суміші твердий розчин є однорідним.

 У металознавстві чисті компоненти позначають латинськими літерами А, В, С, а тверді розчини — грецькими літерами α, β, γ тощо.

Діаграма стану системи залізо- вуглець