では、金属内部では一体何が起きているのか。金属は一見すると隙間のない均一な塊に見えるが、ミクロの世界では原子が規則正しく並んだ「結晶構造」を形成している。
かつて物理学の黎明期には、「金属が塑性変形するのは、原子の面全体が一斉にズレるためだ」と考えられていた。しかし、その計算から導き出される理論的な強度は、実際の金属が変形し始める強度の約100倍から1000倍も高くなってしまい、現実の数値と致命的な乖離が生じていた。この長年の謎を解き明かしたのが、結晶内部に存在する格子欠陥の一種である「転位（dislocation）」の発見である。
転位とは、規則正しい原子の並びの中に、局所的に原子が1列分余計に入り込んだり抜けたりしている「ズレの線」を指す。重い絨毯を部屋の端から動かそうとするとき、全体を一度に引っ張るには莫大な力が必要だが、絨毯の端に小さな波（シワ）を作り、そのシワを反対側へ向かってトントンと押し進めていけば、小さな力で絨毯全体を移動させられる。金属の塑性変形はこの絨毯のシワと全く同じ原理だ。外力を受けると、結晶中の「転位」が1原子列ずつドミノ倒しのように滑り面（すべりめん）に沿って移動していき、最終的に結晶表面へ抜けることで、金属全体として永久的な形状変化が完了する。
さらに興味深いのが加工硬化（加工硬化の仕組み）と呼ばれる現象である。金属を曲げたり叩いたりして塑性変形を連続して与え続けると、結晶内部で無数の転位が新しく発生する。ある限界を超えると、互いに異なる方向へ進もうとする転位同士が激しく衝突し、絡み合って身動きが取れなくなってしまう。結果として転位が移動しにくくなり、「変形が進むほど材料の硬さと強度が増す」という状態が生まれる。針金を何度も同じ場所で往復して折り曲げていると、次第に曲げるのが硬くなり、最後にはポキリと折れてしまう現象は、この加工硬化によって延性（しなやかさ）が失われ、破壊へと至る典型例である。
