Металлография является одним из разделов науки о металлах — металловедения и изучает влияние химического состава и различных видов обработки на структуру металлов.

По своему строению все твёрдые вещества делятся на аморфные и кристаллические. Аморфными называют твёрдые вещества, атомы которых расположены в пространстве беспорядочно. К таким веществам относятся стекло, пластмассы, смолы и др. Кристаллическими называют твёрдые вещества, атомы (ионы) которых расположены в пространстве в строгом, периодически повторяющемся порядке и образуют кристаллическую решётку. К таким веществам относятся металлы, соли и др.

Кристаллическая решётка состоит из большого количества одинаковых элементарных ячеек образованых атомами металла.

Атомы металлов состоят из положительно заряженых ядер и отрицательно заряженых частиц — электронов.

Электроны движутся вокруг ядра на различных расстояниях, образуя электронную оболочку. Наружные (валентные) электроны атомов металла, находящегося в жидком и твёрдом состояниях, слабо притягиваются ядром и могут свободно "переходить" от одного атома к другому. Таким образом, внешние электроны в металлах коллективизируются, как бы образуя "электронный газ".

Атомно-кристаллическим строением металлов и объясняются их физико-химические и механические свойства: высокая электро- и теплопроводность, металлический блеск, пластичность и др.

Все металлы представляют собой поликристаллические вещества, т. е. состоят из множества мелких (10^-1—10^-5 см) кристалликов неправильной формы. Эти кристаллики называются кристаллитами или зёрнами. Зёрна металла имеют различную ориентацию в пространстве.

Чистые металлы применяются в промышленности в ограниченном количестве и для специальных целей. Наиболее широкое применение находят различные сплавы, обладающие более высоким уровнем механических свойств. Чаще всего сплавы получают сплавлением двух или нескольких металлов или металлов с неметаллами. Химические элементы, образующие сплав, называются компонентами.

Сплав состоит из одной или нескольких фаз. Фаза — это часть сплава, имеющая одинаковые состав и агрегатное состояние и отделённая от остальных частей поверхностью раздела. Так, чистый твёрдый металл является однофазной системой, а затвердевающий металл двухфазной системой: кристаллы твёрдая фаза, а расплав — жидкая фаза.

Одной из важных характеристик сплава является его структура. Под структурой металла понимают взаимное расположение различных фаз, форму и размер составляющих их кристаллитов.

Изучение структуры металла проводят на специально подготовленных плоских и гладких поверхностях — шлифах. Приготовление шлифа заключается в шлифовании и последующем полировании металла. Полирование металла можно проводить механическим (на абразивных материалах) и электролитическим (растворением в специальном реактиве под действием электрического тока) способами.

Существуют различные способы выявления структуры металла. Чаще всего применяют химическое травление. При этом способе поверхность шлифа подвергают воздействию специального реактива, который в зависимости от цели исследования выявляет границы зерен, различные фазы, неметаллические включения, поверхностные слои, поры, трещины и прочие детали строения металла.

Для практических целей обычно проводят исследование макроструктуры и микроструктуры.

Макроструктура — это строение металла или сплава, видимое невооруженным глазом или при небольшом увеличении (30—40 раз). Анализ макроструктуры позволяет обнаружить в металле крупные неметаллические включения, пористость, усадочные раковины, трещины, выявить направление волокон после обработки металла давлением, а также дефекты сварки (непровары, газовые пузыри и др.).

Микроструктура — это строение металла или сплава, видимое при больших увеличениях с помощью микроскопа. Анализ микроструктуры дает возможность определить величину и расположение зерен металла, размеры и количество мелких неметаллических включений и различных фаз в металле, проконтролировать состояние структуры поверхностного слоя изделия, выявить микродефекты (мелкие трещины, раковины и т. д.), а также некоторые дефекты кристаллического строения (дислокации и их скопления).

Многочисленными исследованиями установлено, что структура металла является одним из основных факторов, определяющих свойства металлических изделий. Макро- и микроанализ металла заготовок и изделий позволяет своевременно выявить дефекты металла, которые могут понизить эксплуатационные свойства и надёжность изделий в работе. Поэтому контроль структуры производится на всех этапах изготовления изделий, начиная от выплавки и кончая термической обработкой готовых деталей.