Nauka o wewnętrznej budowie metali i ich stopów oraz o zmianach zachodzących w ich budowie pod wpływem czynników mechanicznych i termicznych nosi nazwę metalografii.
Metale i ich stopy zbudowane są z kryształów i odznaczają się symetryczną strukturą sieci. Wskutek obróbki mechanicznej budowa krystaliczna metali i stopów zostaje częściowo nadwerężona, jednak po ich wyżarzeniu wraca do pierwotnego stanu. Własności mechaniczne i fizyczne stopów zależą od rodzaju ich budowy krystalicznej. Przeważająca większość metali szlachetnych krystalizuje w układzie regularnym lub heksagonalnym.
Stopione metale, które rozpuszczają się wzajemnie w każdym stosunku, tworzą po zestaleniu się roztwory stałe, mieszaniny lub związki chemiczne.
Roztwory stałe charakteryzują się tym, że stop zestala się w kryształach mieszanych, których skład jest taki sam, jak skład roztworu; składają się więc tylko z jednego rodzaju kryształów. Pod względem mechanicznym roztwory stałe odznaczają się tym, że mają znacznie większą twardość niż ich poszczególne składniki oraz dają się kuć na gorąco. Własności te powodują, że roztwory stałe, taicie jak stopy złota, srebra, mosiądz i inne, znalazły powszechne zastosowanie.
Mieszaniny charakteryzują się tym, że w czasie krzepnięcia stopu osadza się naprzód jeden ze składników roztworu, aż do czasu, gdy temperatura krzepnięcia osiągnie pewną minimalną temperaturę (temperaturę eutektyczną), przy której oba składniki osadzają się równocześnie w postaci oddzielnych kryształów. Taka budowa powoduje, że własności mechaniczne mieszanin są pośrednie między własnościami ich składników.
W związkach chemicznych składniki stopu tworzą ze sobą połączenia chemiczne; tworzy się nowy metal, którego własności chemiczne i fizyczne są zupełnie różne od własności metali wchodzących w jego skład. Związki chemiczne odznaczają się dużą twardością i kruchością, tale że w ogóle nie są brane pod uwagę jako materiał do mechanicznej obróbki.
W metalach nie rozpuszczających się wzajemnie, w stanie ciekłym w każdym stosunku tworzą się dwie warstwy ciekłe, jedna nad drugą, przy czym każda z tych warstw przy krzepnięciu może dać te same rodzaje stopów, co metale rozpuszczające w stanie ciekłym w każdym stosunku.
W stopach złożonych z trzech lub więcej składników dwa składniki tworzą stop podstawowy, a pozostałe rozpuszczają się w tym stopie i albo osadzają się w postaci odrębnych kryształów czystego metalu, albo też tworzą z tymi metalami związek chemiczny.