Como aparece uma nova fase e desaparece a antiga?
Em vários casos, uma nova fase não se forma instantaneamente, com seu tamanho definitivo, dentro de uma solução supersaturada. De fato, as transformações de fase desse tipo começam com o aparecimento de partículas (que são agregados de átomos) muito pequenas da nova fase que crescem até que a transformação se complete. O crescimento da nova partícula ocorre por transferência de material para o núcleo que cresce, até que a transformação global se complete.
De acordo com a termodinâmica, quando surge uma pequena região de uma nova e estável fase, no meio do antigo e instável material, deve ser esperado um decréscimo da energia livre por unidade de volume, 
, que contribui para a estabilidade da região. A região está limitada por uma superfície e tal superfície tem associada a ela, pelo menos, uma energia livre positiva, 
, por unidade de área.
Embora a substituição da antiga fase pela nova seja acompanhada por um decréscimo de energia livre do sistema, a existência de uma superfície entre as duas fases produz um aumento da energia livre. As novas partículas podem crescer ou dissolver-se e há, de fato, um tamanho crítico que distingue as partículas que se dissolvem, chamadas embriões, das que crescem, chamadas núcleos. A energia livre de uma partícula é máxima no raio crítico e este valor de energia livre constitui a barreira de energia na cinética da nucleação.
As duas etapas principais de uma transformação de fase, nucleação e crescimento, podem ser subdivididas em várias subetapas e deve-se esperar que cada etapa possua uma energia de ativação. Usualmente, uma das etapas ocorre mais lentamente que as outras, sendo esta etapa a que vai limitar a velocidade global do processo. A nucleação pode envolver a reunião de certas espécies de átomos (ou moléculas) por difusão ou outros tipos de movimento, a transformação estrutural em uma ou mais estruturas intermediárias instáveis e a formação de núcleos da nova fase. O crescimento pode envolver a transferência de material para o interior da nova fase, por difusão, seja através da antiga fase seja através do contorno de grão.
Figura 15.a.1- Cientistas com importantes contribuições para o estudo de Transformações de Fases no Estado Sólido:1-David Turnbull (1915-2007), Clarence Zener (1905-1993) e Frank Reginald Nunes Nabarro (1916-2006).