La austenita y la martensita son dos fases distintas en la composición cristalina de un metal.

La martensita, nombrada así por el metalúrgico alemán Adolf Martens (1850-1914), es una clase de mineral duro que se presenta con cristales en forma de listón o placa.

Cuando se observa un corte de estos metales los cristales parecen aciculares (en forma de aguja), y así se los describe a veces, incorrectamente. En la mayoría de las referencias comunes se refieren a una forma de hierro y carbono que se encuentra en los aceros muy duros que se utilizan en productos como los resortes y las cuerdas de piano. Los cristales tienen una simetría tetragonal centrada en el cuerpo (BCT = Body Centered Tetragonal), y son resultado de un rápido enfriamiento a partir del estado de austenita cuando se forja el metal.

En la década de 1890, Martens estudió muestras de diferentes aceros en el microscopio, y encontró que los aceros más duros tenían una estructura cristalina regular. Él fue el primero que explicó la causa de las propiedades muy diferentes de los aceros. Desde entonces se han encontrado estructuras martensíticas en otros materiales, incluyendo aleaciones con memoria de la forma y algunas cerámicas.

La martensita tiene una estructura cristalina muy similar a la de la austenita, e idéntica composición química. Siendo así, una transición entre estas dos formas requiere una energía de activación térmica muy pequeña, y se sabe que ocurre incluso en temperaturas criogénicas.

La martensita se puede considerar una estructura intermedia que toma un material hasta que se puede alcanzar un estado estable, un fenómeno que se conoce como metastabilidad.

La diferencia entre austenita y martensita es, desde algunos puntos de vista, muy pequeña: mientras que una celda típica de austenita es, en promedio, un pequeño y perfecto cubo, la transformación a martensita se ve como una distorsión de este cubo, de modo que es un poco más grande en una dimensión y un poco más pequeño en las otras dos. La descripción matemática de las dos estructuras es muy diferente, por razones de simetría, pero los enlaces químicos se mantienen muy similares. Por esto la dureza de la martensita es difícil de explicar en términos químicos.