Изменения, наблюдающиеся в строении и свойствах железа при его нагреве и охлаждении. При комнатной температуре атомы элементарной кристаллической ячейки железа образуют объемно-центрированную кристаллическую решетку (альфа-железо). Во время нагрева железа никаких изменений кристаллической решетки не наблюдается до 906°, когда происходит аллотропическое превращение объемно-центрированной решетки в кубическую решетку с центрированными гранями (гамма-железо, точка Ас3). При 1401° происходит превращение гамма-железа  в дельта-железо,   имеющее   одинаковую с альфа-железом кристаллическую решетку (объемно-центрированная кубическая решетка, точка  Ac4).

Дельта-железо существует вплоть до расплавления металла. При охлаждении происходят обратные аллотропические изменения: при температуре затвердевания железо кристаллизуется в форме объемно-центрированного куба (дельта-железо); при 1401° оно претерпевает аллотропическое превращение и переходит в гамма-железо (точка Ar4) и при т-ре несколько ниже 900° гамма-железо переходит в альфа-железо (точка Аrз). Происходящее при охлаждении запаздывание перехода гамма-железа в альфа-железо имеет громадное значение для практики термической обработки; это запаздывание тем больше, чем больше скорость охлаждения. При дальнейшем охлаждении железа до комнатной температуры аллотропических превращений не происходит.
При температуре 768° железо из немагнитного состояния (бета-железо) переходит в магнитное (альфа-железо) без изменения кристаллического строения металла (точка Аr2).
Наиболее важные внешние проявления изменений кристаллической структуры железа сводятся к поглощению теплоты при нагревании и к выделению ее при охлаждении, к заметной деформации в размерах, а также к изменениям электрического сопротивления и микроструктуры.
Температуры, при которых происходят превращения, носят название критических   температур.
Наибольшее практическое значение имеет превращение альфа-железа в гамма-железо и обратно, сопровождающееся изменением кристаллической решетки и физических свойств металла.
Аллотропия железа впервые была установлена отцом металлографии и металловедения, выдающимся русским ученым-металлургом Д. К. Черновым (1839—1921).