Se o aço for temperado (1) (Veja Figura 9.l) em vez de normalizado (2), duas microestruturas, diferentes da perlita, podem ser produzidas pela inibição da transformação eutetóide:
1. bainita (3) é o constituinte que pode ser formado quando a austenita é resfriada rapidamente até uma certa temperatura, usualmente na faixa entre 200 e 400°C, e aí mantida. A bainita é uma dispersão de carbetos submicroscópicos em uma matriz 
altamente deformada e que contém mais de 0,02% C;
2. martensita (4) é o constituinte que pode ser formado quando a austenita é resfriada rapidamente até temperaturas inferiores àquelas em que se formaria a bainita. É uma fase extremamente dura e frágil, na qual todo o carbono fica aprisionado em solução sólida supersaturada. O carbono em excesso distorce a estrutura cristalina, tornando-a tetragonal de corpo centrado (TCC) (Veja Capítulo 3), sendo a quantidade de distorção (medida pelo valor médio da relação c/a, sendo c a altura e a o lado da célula unitária tetragonal) aproximadamente proporcional ao teor de carbono.
A transformação da austenita em perlita e bainita, bem como em ferrita e cementita proeutetóides, parece ocorrer por processo de nucleação e crescimento (Veja Capítulo 15, “Transformação de Fases em Materiais”) e desta forma é controlada pela velocidade de difusão.
Estas transformações são dependentes tanto do tempo como da temperatura. A transformação da austenita em martensita, por outro lado, se dá sem difusão e ocorre tão rapidamente que é quase independente do tempo. Ocorre por um mecanismo de cisalhamento que é semelhante ao que é responsável pela maclação (5) (Veja Capítulo 5, Tópico 5.8) mecânica.
A fração de austenita que se transforma em martensita é determinada quase unicamente pela temperatura; quanto mais baixa a temperatura, maior a fração transformada, até que só se tenha martensita.
Figura 9.l – Microestrutura multiconstituída de aço, obtida a partir da estrutura inicial martensita (750ºC/20 min. e 425ºC/10min. Ferrita (azul), bainita (marrom). MA (martensita + austenita retida) (amarelo claro).