واژه مارتنزیت (Martensite) برای مدت ها فقط به ساختار سخت حاصل از سرد کردن سریع فولاد های کربنی اطلاق می شد. این واژه برای قدردانی از متالورژ معروف آلمانی به نام مارتنز (Martens) مورد استفاده قرار گرفته است.

در آلیاژ های آهن – کربن و فولاد ها، مارتنزیت از سرد کردن سریع آستنیت به وجود می آید. از آنجایی که دگرگونی آستنیت به مارتنزیت بدون نفوذ انجام می شود، بستگی به ترکیب شیمیایی آلیاژ دارد و تا دو درصد کربن، مارتنزیت دقیقا همان ترکیب شیمیایی آستنیت اولیه را دارد. در اینجا بر خلاف تشکیل پرلیت، اتم های کربن بین دو فاز فریت و سمنتیت توزیع نخواهند شد، بلکه در فضا های هشت وجهی شبکه bcc محبوس شده و فاز جدید مارتنزیت را به وجود می آورند. با تشکیل مارتنزیت، کربن محلول در شبکه bcc به مقدار زیادی افزایش می یابد. با افزایش درصد کربن محلول در شبکه، جای خالی بیشتری از شبکه توسط کربن اشغال می شود، در نتیجه شبکه بلوری از bcc به سمت bct میل می کند که در آن پارامتر C شبکه بزرگتر از دو پارامتر دیگر است. نسبت c/a که به تتراگونالیته شبکه موسوم است با افزایش درصد کربن آلیاژ افزایش می یابد.

از آنجایی که نفوذ در تشکیل مارتنزیت نقشی ندارد، مارتنزیت فازی ناپایدار است. اگر مارتنزیت تا دمایی حرارت داده شود که اتم های کربن قدرت کافی برای نفوذ پیدا کنند، از فضاهای خالی هشت وجهی خارج شده و تشکیل سمنتیت می دهند. در نتیجه شبکه بلوری مارتنزیت از حالت مکعب مستطیلی خارج شده و فازهای تعادلی موجود در نمودار تعادلی آهن – کربن، یعنی سمنتیت و فریت به وجود می آیند.