结晶必须在过冷条件下进行，其过程分为形核和晶核长大两部分。
液体的结晶必须有核心。形核有均质形核和非均质形核之分。液态金属中的原子集团在足够的过冷度条件下，变成规则排列，并稳定下来而成为晶核，这一过程即为均质形核，纯金属的结晶只能靠均质形核。在金属液相中已存在的固相质点和表面不光滑的器壁均可作为形成核心的“依托”而发展成初始晶核，此种形核过程称为非均质形核。钢液内部含有熔点不同的杂质，因此钢液的结晶主要为非均质形核。钢液形成晶核后即迅速长大。开始长大时具有与金属晶体结构相同的规则外形，随后由于传热的不稳定，使晶粒向传热最快的方向优先生长，于是形成树枝晶。
希望钢液在结晶过程中形成细晶粒组织，这就要求在形核数量和晶粒长大速度上加以控制。另外，通过人为地加入异质晶核的办法来增加晶核数量也可以得到细晶粒组织 。
