Bazı metal ve metal olmayan malzemeler aynı bileşime sahip olmakla birlikte, sıcaklık ve basınca bağlı olarak birden fazla kristal yapıya sahip olabilirler. Bu malzemelerin elementsel katı olması durumuna da allotropi denir.
Demirin ergime derecesi 1535◦C dir. Demir, ergime derecesinden, oldukça düşük sıcaklıklara kadar geçen sıcaklık süreci içerisinde kristal kafes sistemini dönüştürme özelliğine sahiptir. Bu özelliği onun allotropik bir metal olmasına neden olur.
Eriyik haldeki saf demir 1535 °C’nin altına soğutulursa, hacim merkezli kübik kristaller halinde delta demiri olarak katılaşır.
Soğumasını sürdüren saf demir, 1400° C’de atomların daha da yakınlaşması ile aniden yüzey merkezli kübik kristal yapısındaki gama demirine dönüşür. Bu sayede bir önceki yapıya göre daha sıkı paket bir yapı meydana gelir.
Soğutma işlemi devam ettiği takdirde, 910° C’de tekrar bir duraklama noktasıyla karşılaşılır. Bu sıcaklıkta hacim merkezli kübik yeni kristaller oluşur ve bu yapıya alfa demiri denir. Alfa demiri, oda sıcaklığına kadar devam eden bir soğumada artık bir daha değişime uğramayan son kristal şeklidir
Demir bu noktada , ısıtma ve ergitme sırasında kaybolan manyetik özelliklerine tekrar kavuşur. Manyetik özelliklerdeki değişim alfa demiri ile aralarındaki tek farktır, bu demire beta demiri denir.
Demirin kristal kafesinin yaptığı bu dönüşümler sırasında atomların enerjisi de değişir. Çünkü meydana gelen yeni kristal kafesi içerisinde daha küçük titreşimler yapması gerekebilir.
Enerji kaybolmayacağına göre, bu durumda ısı enerjisi olarak malzeme bünyesinden ayrılması gerekir. Bu olay sürekli soğuma esnasında, katılaşma noktası altında durak noktalarının oluşmasına neden olur.