金屬物理學(xué)是研究金屬和合金的結(jié)構(gòu)與性能關(guān)系的科學(xué)，即從電子、原子和各種晶體缺陷的運動和相互作用，來闡明金屬和合金的各種宏觀規(guī)律與轉(zhuǎn)變過程。它既相當(dāng)于金屬學(xué)在微觀領(lǐng)域內(nèi)的進一步深入，也是以金屬和合金為對象的固體物理學(xué)的一個分支。
人類在生產(chǎn)實踐中應(yīng)用金屬與合金材料已經(jīng)有幾千年的歷史，但以金屬與合金為對象進行認真的科學(xué)研究則起步于19世紀。當(dāng)時初步研究了金屬與合金的力學(xué)、電學(xué)和磁學(xué)等性質(zhì)，并以金相顯微鏡觀察了金屬的顯微組織，取得了對合金的凝固、固態(tài)相變及再結(jié)晶等現(xiàn)象的初步認識，從而建立了和生產(chǎn)實驗密切相關(guān)的金屬學(xué)這門學(xué)科。
20世紀的初葉，X射線衍射方法的應(yīng)用為金屬研究開辟了新天地，使我們的認識深入到原子的水平；50年代以后，電子顯微鏡的使用將顯微組織和晶體結(jié)構(gòu)之間的空白區(qū)域填補起來了，成為研究晶體缺陷和探明金屬實際結(jié)構(gòu)的主要手段；而多種能譜技術(shù)對于澄清電子結(jié)構(gòu)、缺陷性質(zhì)和探測化學(xué)成分起了重要作用；中子的非彈性散射提供了有關(guān)點陣振動的信息。這些實驗方法為金屬物理的發(fā)展作出重要貢獻。
另一方面，理論物理特別是量子力學(xué)和統(tǒng)計物理的進展，提供了處理金屬中電子結(jié)構(gòu)與原子過程的理論方法，對于形成和發(fā)展金屬物理這一學(xué)科也起了關(guān)鍵作用。
金屬的電子結(jié)構(gòu)與電子性能的理論，是金屬物理基礎(chǔ)理論的重要的一環(huán)。金屬具有良好的導(dǎo)電性能是區(qū)別于其他材料的主要標志。20年代中，索末菲提出了自由電子的量子理論，后來布洛赫等用量子力學(xué)方法處理了周期勢場中的電子，奠定了單電子能帶理論的基礎(chǔ)。
莫脫與瓊斯1936年編著的《金屬與合金性質(zhì)的理論》是金屬電子論的早期的總結(jié)，主要論述了簡單金屬的單電子理論，并用以解釋金屬的許多性能。隨后金屬電子論在多方面迅速發(fā)展，費密面的探測技術(shù)使金屬的電子結(jié)構(gòu)能夠?qū)嶒灉y定；提出了多種計算能帶結(jié)構(gòu)的方法，并能夠較現(xiàn)實地計算金屬的能帶結(jié)構(gòu)；發(fā)展了過渡金屬與稀土金屬的電子結(jié)構(gòu)的理論，這對于理解結(jié)合能和磁性都是至為重要的；在多電子理論的基礎(chǔ)上建立了超導(dǎo)微觀理論，解決了長期懸而未決的疑難問題；第二類超導(dǎo)體的特性的闡明和約瑟夫森效應(yīng)的發(fā)現(xiàn)，為超導(dǎo)體的技術(shù)應(yīng)用開拓了新的領(lǐng)域。
晶體缺陷的基本規(guī)律及結(jié)構(gòu)敏感性能的理論解釋，是金屬物理基礎(chǔ)理論的另一支柱。金屬的許多重要技術(shù)性能是結(jié)構(gòu)敏感的，即受到晶體缺陷的制約。從20年代起，人們對于金屬單晶的范性形變開展了系統(tǒng)的研究；到30年代中，泰勒與伯格斯等奠定了晶體位錯理論的基礎(chǔ)；50年代中，位錯得到有力的實驗觀測證實；隨即開展了大量的研究工作，澄清了金屬范性形變的微觀機制和強化效應(yīng)的物理本質(zhì)。
點缺陷的基礎(chǔ)研究，澄清了擴散與輻照損傷的機制。晶粒間界結(jié)構(gòu)對金屬的性能特別是力學(xué)性能，有很大的影響。小角度的晶界可以歸結(jié)為位錯的行列與網(wǎng)絡(luò)，現(xiàn)已經(jīng)基本搞清楚，目前重點在于澄清大角度晶界的結(jié)構(gòu)。金屬某些電磁性能也具有結(jié)構(gòu)敏感性，缺陷的釘扎效應(yīng)對于硬超導(dǎo)體的臨界電流和硬鐵磁體的磁化曲線都有顯著的影響。
合金理論也是金屬物理的重要領(lǐng)域之一，是開發(fā)新合金材料所需要的理論基礎(chǔ)。20世紀初，在吉布斯的復(fù)相平衡理論的基礎(chǔ)上建立了合金的熱力學(xué)。隨后對于合金相圖、合金結(jié)構(gòu)，及其經(jīng)驗規(guī)律等方面進行了廣泛的研究，積累了大量的資料。從30年代以后，合金電子理論和統(tǒng)計理論都有所發(fā)展，對于許多問題可以提出定性或半定量的理論解釋。
金屬物理的另一個重要領(lǐng)域就是金屬與合金的相變，它和金屬熱處理及鑄造工藝有密切關(guān)系。20年代建立了相變的成核生長的形式理論。到20世紀中葉，馬氏體相變與固溶體的脫溶分解被人們關(guān)注，澄清了晶體學(xué)關(guān)系，求出了動力學(xué)規(guī)律，探討了晶體缺陷在這些相變中的作用。
另外還有兩個新興的研究領(lǐng)域，值得注意：一是關(guān)于液態(tài)和非晶態(tài)金屬的研究，它是無序體系物理學(xué)的一個組成部分，促進了金屬玻璃材料的開發(fā)工作；另一是金屬表面的研究，它是表面物理的一個組成部分，也和吸附、氧化、催化、腐蝕及磨損等實際問題密切相關(guān)。
人類在生產(chǎn)實踐中應(yīng)用金屬與合金材料已經(jīng)有幾千年的歷史，但以金屬與合金為對象進行認真的科學(xué)研究則起步于19世紀。當(dāng)時初步研究了金屬與合金的力學(xué)、電學(xué)和磁學(xué)等性質(zhì)，并以金相顯微鏡觀察了金屬的顯微組織，取得了對合金的凝固、固態(tài)相變及再結(jié)晶等現(xiàn)象的初步認識，從而建立了和生產(chǎn)實驗密切相關(guān)的金屬學(xué)這門學(xué)科。
20世紀的初葉，X射線衍射方法的應(yīng)用為金屬研究開辟了新天地，使我們的認識深入到原子的水平；50年代以后，電子顯微鏡的使用將顯微組織和晶體結(jié)構(gòu)之間的空白區(qū)域填補起來了，成為研究晶體缺陷和探明金屬實際結(jié)構(gòu)的主要手段；而多種能譜技術(shù)對于澄清電子結(jié)構(gòu)、缺陷性質(zhì)和探測化學(xué)成分起了重要作用；中子的非彈性散射提供了有關(guān)點陣振動的信息。這些實驗方法為金屬物理的發(fā)展作出重要貢獻。
另一方面，理論物理特別是量子力學(xué)和統(tǒng)計物理的進展，提供了處理金屬中電子結(jié)構(gòu)與原子過程的理論方法，對于形成和發(fā)展金屬物理這一學(xué)科也起了關(guān)鍵作用。
金屬的電子結(jié)構(gòu)與電子性能的理論，是金屬物理基礎(chǔ)理論的重要的一環(huán)。金屬具有良好的導(dǎo)電性能是區(qū)別于其他材料的主要標志。20年代中，索末菲提出了自由電子的量子理論，后來布洛赫等用量子力學(xué)方法處理了周期勢場中的電子，奠定了單電子能帶理論的基礎(chǔ)。
莫脫與瓊斯1936年編著的《金屬與合金性質(zhì)的理論》是金屬電子論的早期的總結(jié)，主要論述了簡單金屬的單電子理論，并用以解釋金屬的許多性能。隨后金屬電子論在多方面迅速發(fā)展，費密面的探測技術(shù)使金屬的電子結(jié)構(gòu)能夠?qū)嶒灉y定；提出了多種計算能帶結(jié)構(gòu)的方法，并能夠較現(xiàn)實地計算金屬的能帶結(jié)構(gòu)；發(fā)展了過渡金屬與稀土金屬的電子結(jié)構(gòu)的理論，這對于理解結(jié)合能和磁性都是至為重要的；在多電子理論的基礎(chǔ)上建立了超導(dǎo)微觀理論，解決了長期懸而未決的疑難問題；第二類超導(dǎo)體的特性的闡明和約瑟夫森效應(yīng)的發(fā)現(xiàn)，為超導(dǎo)體的技術(shù)應(yīng)用開拓了新的領(lǐng)域。
晶體缺陷的基本規(guī)律及結(jié)構(gòu)敏感性能的理論解釋，是金屬物理基礎(chǔ)理論的另一支柱。金屬的許多重要技術(shù)性能是結(jié)構(gòu)敏感的，即受到晶體缺陷的制約。從20年代起，人們對于金屬單晶的范性形變開展了系統(tǒng)的研究；到30年代中，泰勒與伯格斯等奠定了晶體位錯理論的基礎(chǔ)；50年代中，位錯得到有力的實驗觀測證實；隨即開展了大量的研究工作，澄清了金屬范性形變的微觀機制和強化效應(yīng)的物理本質(zhì)。
點缺陷的基礎(chǔ)研究，澄清了擴散與輻照損傷的機制。晶粒間界結(jié)構(gòu)對金屬的性能特別是力學(xué)性能，有很大的影響。小角度的晶界可以歸結(jié)為位錯的行列與網(wǎng)絡(luò)，現(xiàn)已經(jīng)基本搞清楚，目前重點在于澄清大角度晶界的結(jié)構(gòu)。金屬某些電磁性能也具有結(jié)構(gòu)敏感性，缺陷的釘扎效應(yīng)對于硬超導(dǎo)體的臨界電流和硬鐵磁體的磁化曲線都有顯著的影響。
合金理論也是金屬物理的重要領(lǐng)域之一，是開發(fā)新合金材料所需要的理論基礎(chǔ)。20世紀初，在吉布斯的復(fù)相平衡理論的基礎(chǔ)上建立了合金的熱力學(xué)。隨后對于合金相圖、合金結(jié)構(gòu)，及其經(jīng)驗規(guī)律等方面進行了廣泛的研究，積累了大量的資料。從30年代以后，合金電子理論和統(tǒng)計理論都有所發(fā)展，對于許多問題可以提出定性或半定量的理論解釋。
金屬物理的另一個重要領(lǐng)域就是金屬與合金的相變，它和金屬熱處理及鑄造工藝有密切關(guān)系。20年代建立了相變的成核生長的形式理論。到20世紀中葉，馬氏體相變與固溶體的脫溶分解被人們關(guān)注，澄清了晶體學(xué)關(guān)系，求出了動力學(xué)規(guī)律，探討了晶體缺陷在這些相變中的作用。
另外還有兩個新興的研究領(lǐng)域，值得注意：一是關(guān)于液態(tài)和非晶態(tài)金屬的研究，它是無序體系物理學(xué)的一個組成部分，促進了金屬玻璃材料的開發(fā)工作；另一是金屬表面的研究，它是表面物理的一個組成部分，也和吸附、氧化、催化、腐蝕及磨損等實際問題密切相關(guān)。