硬度随着粒径的减小而增加。这被称为霍尔-佩奇关系。然而，在临界晶粒尺寸以下，硬度随着晶粒尺寸的减小而降低。这被称为逆霍尔-佩奇效应。

　　材料变形的硬度取决于其在任何方向上的微观耐久性或小尺度剪切模量，而不是任何刚度或刚度特性，如体积模量或杨氏模量。刚度常与硬度混淆。有些材料比钻石(如锇)更硬，但并不更硬，并且容易以鳞片状或针状的方式剥落和剥落。

　　理解硬度背后机制的关键是理解金属微观结构，或原子水平上的原子结构和排列。事实上，对当今商品制造至关重要的最重要的金属性能是由材料的微观结构决定的。在原子水平上，金属中的原子排列成有序的三维阵列，称为晶格。然而，在现实中，给定的金属样本可能永远不会包含一致的单晶晶格。给定的金属样品将包含许多晶粒，每个晶粒都有相当一致的阵列图案。在更小的尺度上，每个颗粒都包含不规则性。

　　微观结构的晶粒级有两种不规则性，它们是材料硬度的原因。这些不规则性是点缺陷和线缺陷。点缺陷是位于晶粒整体三维晶格内单个晶格位置的不规则性。主要有三点缺陷。如果阵列中缺少一个原子，则会形成空位缺陷。如果晶格位置上有一种不同类型的原子，通常应该被金属原子占据，就会形成置换缺陷。如果在通常不应该存在原子的位置存在原子，就会形成间隙缺陷。这是可能的，因为晶格中的原子之间存在空间。点缺陷是晶格中单个位置的不规则性，而线缺陷是原子平面上的不规则。

　　位错是一种涉及这些平面错位的线缺陷。在边缘位错的情况下，半个原子平面被楔入两个原子平面之间。在螺旋位错的情况下，两个原子平面被它们之间延伸的螺旋阵列所偏移。在玻璃中，硬度似乎与网络原子之间作用的拓扑约束数量呈线性关系。因此，刚性理论允许预测与成分相关的硬度值。

　　由边缘位错分裂的原子平面，位错为原子平面滑移提供了一种机制，从而为塑性或永久变形提供了方法。