硬度隨著粒徑的減小而增加。這被稱為霍爾-佩奇關系。然而，在臨界晶粒尺寸以下，硬度隨著晶粒尺寸的減小而降低。這被稱為逆霍爾-佩奇效應。

　　材料變形的硬度取決于其在任何方向上的微觀耐久性或小尺度剪切模量，而不是任何剛度或剛度特性，如體積模量或楊氏模量。剛度常與硬度混淆。有些材料比鉆石(如鋨)更硬，但并不更硬，并且容易以鱗片狀或針狀的方式剝落和剝落。

　　理解硬度背后機制的關鍵是理解金屬微觀結構，或原子水平上的原子結構和排列。事實上，對當今商品制造至關重要的最重要的金屬性能是由材料的微觀結構決定的。在原子水平上，金屬中的原子排列成有序的三維陣列，稱為晶格。然而，在現實中，給定的金屬樣本可能永遠不會包含一致的單晶晶格。給定的金屬樣品將包含許多晶粒，每個晶粒都有相當一致的陣列圖案。在更小的尺度上，每個顆粒都包含不規則性。

　　微觀結構的晶粒級有兩種不規則性，它們是材料硬度的原因。這些不規則性是點缺陷和線缺陷。點缺陷是位于晶粒整體三維晶格內單個晶格位置的不規則性。主要有三點缺陷。如果陣列中缺少一個原子，則會形成空位缺陷。如果晶格位置上有一種不同類型的原子，通常應該被金屬原子占據，就會形成置換缺陷。如果在通常不應該存在原子的位置存在原子，就會形成間隙缺陷。這是可能的，因為晶格中的原子之間存在空間。點缺陷是晶格中單個位置的不規則性，而線缺陷是原子平面上的不規則。

　　位錯是一種涉及這些平面錯位的線缺陷。在邊緣位錯的情況下，半個原子平面被楔入兩個原子平面之間。在螺旋位錯的情況下，兩個原子平面被它們之間延伸的螺旋陣列所偏移。在玻璃中，硬度似乎與網絡原子之間作用的拓撲約束數量呈線性關系。因此，剛性理論允許預測與成分相關的硬度值。

　　由邊緣位錯分裂的原子平面，位錯為原子平面滑移提供了一種機制，從而為塑性或永久變形提供了方法。