상 변태에 있어 원자의 확산을 수반하지 않는 변태를 말한다. 즉, 원자의 배열이 확산 없이 바뀌는 반응으로, 확산속도에 의하여 규제되는 동종 변태(invariant transformation)가 급랭에 의하여 억제되는 경우 등에서 일어난다. 마르텐사이트(martensite) 상은 격자의 밀림에 의하여 현미경으로는 모상의 결정립을 분할하는 것 같은 렌즈상의 판으로서 나타난다. 마르텐사이트 반응의 또 하나의 특징은 판상 형태의 상이 음속의 1/3이라는 극히 빠른 속도로 성장하는 것이다. 마르텐사이트 반응은 갖가지 실용 철 합금의 경화기구의 기초이다. 전형적인 예는 AISI 4340강으로, 이것은 오스테나이트(austenite) 열처리, 급랭, 기계 마무리 후 담금질하는 것으로 경화시키고 있다.