不论是小角度晶界或大角度晶界，这里的原子或多或少地偏离了平衡位置，所以相对于
晶体内部，晶界处于较高的能量状态，高出的那部能量称为晶界能，或称晶界
自由能，记作γG，其单位为J/m2。有时晶界能以界面张力的形式表示，其单位采用N·m-1 (=J·m-2)，记作σ。
从理论上讲，晶界处的能量包括两部分，即弹性畸变能和化学交互作用能。弹性畸变能的大小取决于失配度的大小，而化学交互作用能取决于界面上原子与周围原子的化学键结合状况。相界面结构不同,这两部分能量所占的比例也不同。对于共格晶界来说，由于界面上原子保持着匹配关系故界面上原子结合键数目不变，此时应变能是主要的。而对于非共格晶界，由于界面上原子的化学键数目和强度与晶内相比发生了很大变化，故其界面能以化学能为主，而总界面能较高。
当形成共格晶界所产生的晶界能增加到一定程度，如再共格相连所产生的弹性应变能将大于引入界面
位错所引起的能量增加，这时以半共格晶界相连比以共格晶界相连在能量上更趋于稳定。如果假设相邻晶粒的原子（离子）彼此无作用，那么，每单位面积晶界的晶界能将等于两晶粒的
表面能之和。但是实际上两个相邻晶粒的表面层上的原子间的相互作用是很强的，并且可以认为在每个表面上的原子（离子）周围形成了一个完全的配位球，其差别在于此处的
配位多面体是变了形的，并在某种程度上，这种配位多面体周围情况与内部结构是不相同的。
固体金属中也存在着各式各样的界面。 比如，晶粒之间的晶界、晶粒内部的孪晶界、不同相之间的相界等。一般的晶界可以用下图1的模型说明。在这个模型中，两晶体基本处于完整的状态，只是在二者的相邻区域有不规则的原子排列。我们把两个晶体之间存在原子不规则排列的这个区域称为晶界区。晶界区的宽度只有零点n个纳米，它所包含的原子有的是两个晶体所共有（D），有的（A）则不属于任何一方。在晶界区还存在压缩区（B）和拉伸区（C）。麦克林（Mclean）曾根据这个模型粗略地认为，在晶界区中，压缩区、拉伸区和吻合区（D）各占约三分之一。
如果二晶体之向的取向差很小，则形成小角度晶界。这种小角度晶界可以看作是由许多
刃型位错叠砌而成的，其界面能可以通过计算求之。
在单相合金中，晶界能的大小取决于晶界的面积。所以在平衡时，晶界能的减小，就是两晶粒晶界的平直化过程。实际上，接近平衡状态的单相台金，绝大部分为大角度晶界，其界面能是相等的。二维组织的三叉晶界各晶界角相等。ψ1=ψ2=ψ3=120°，而在两相合金中的情况比较复杂。当合金中含有第二相时，这个相可能存在于基体晶粒内部，也可能存在于界面、界棱或界角上，而第二相的形貌则取决于界面能、畸变能以及相变时的动力学因素。如果两相具有完全不同的晶体结构，或处于随机的相对位向，其间的界面即为非共格的高能相界面，且界面能与两相的相对位向无关，此时第二相的平衡形状将为球形。钢中粒状球光体中的球状
渗碳体就是一个典型例子。如果两相晶体结构相同，点阵常数也接近，并且具有平行一致的位向关系，则在两相的界面上都可能形成低能的共格界面，这时第二相也应为球状。如果两相的晶体结沟虽然不同，但有一个结构相相似原子间距相近的晶面，且在两相之间具有某一确定的位向关系的条件下，可以在这个共有的晶面中形成
共格或半共格界面。因为只有一个共有晶面．所以第二相颗粒只能有平行的两个界面足低能的共格或半共格界面，其余周缘都由高能的非共格界面构成。如果忽略畸变能，由于冬照减少界面能的关系，第二相将成为圆盘状或片状。