晶粒邊界是兩個晶粒之間，或在界面微晶、多晶材料。晶粒邊界是2D缺陷在晶體結構中，并且趨向于降低電和熱傳導性的材料制成。大多數晶粒邊界是發生腐蝕和從固體中析出新相的首選位置。它們對于許多蠕變機制也很重要。另一方面，晶粒邊界破壞了位錯的運動如Hall-Petch關系所描述的，通過減小材料的微晶尺寸，是提高機械強度的常用方法。研究晶粒邊界及其對材料的機械、電學和其他性能的影響是材料科學的重要課題。

晶粒邊界是雜質偏析的優先位，雜質可能形成與主體不同組成的薄層。例如，氮化硅中經常存在二氧化硅薄層，其也包含雜質陽離子。這些晶粒邊界相在熱力學上是穩定的，可以認為是準二維相，類似于體相，它們可能會發生轉變。在這種情況下，在熱力學參數（例如溫度或壓力）的臨界值下，結構和化學性質可能會發生突然變化。這可能會嚴重影響材料的宏觀性能，例如電阻或蠕變率。可以使用平衡熱力學分析晶粒邊界，但不能將其視為相，因為它們不滿足吉布斯的定義：它們不均勻，可能具有結構，組成或性質的梯度。因此，它們被定義為膚色：一種界面材料或層，其鄰接相處于熱力學平衡狀態，厚度有限且穩定（通常為2–20?）。膚色需要鄰接相存在，并且其組成和結構必須與鄰接相不同。與本體相相反，膚色也取決于鄰接相。例如，存在于Si ₃?N?₃中的富含二氧化硅的非晶層約為10，但是對于特殊邊界，該平衡厚度為零。呈色的不同，膚色可分為6類：單層、雙層、三層、納米層（平衡厚度在1-2 nm之間）和潤濕。在xxx種情況下，層的厚度將是恒定的。如果存在多余的材料，它將在多個晶粒結處偏析，而在最后一種情況下，則沒有平衡厚度，這由材料中存在的第二相的數量決定。晶界絡合轉變的一個例子是摻雜Au的Si中從干界到雙層的過渡，這是由于Au的增加而產生的。

晶界可以通過溶質分離而脆化而機械地引起破壞（參見欣克利角A核電站），但它們也可能有害地影響電子性能。在金屬氧化物中，理論上已經表明，在Al?₂?O?₃和MgO的晶界處，絕緣性能會xxx降低。使用密度泛函理論對晶界的計算機模擬表明，帶隙最多可以減少45％。在金屬的情況下，當晶粒尺寸相對于其他散射的平均自由程變得重要時，晶界會增加電阻率。

眾所周知，大多數材料是多晶的并且包含晶界，并且晶界可以充當點缺陷的匯和傳輸路徑。但是，從實驗和理論上確定缺陷對系統的影響點很困難。關于點缺陷行為的復雜性的有趣例子已經體現在塞貝克效應的溫度依賴性上。另外，電介質和壓電響應可以通過晶界附近點缺陷的分布而改變。機械性能也可能受到諸如體積模量和阻尼的影響，而材料的點缺陷分布的變化會影響阻尼。還發現，由于晶界和點缺陷之間的復雜關系，可以調節石墨烯內的近藤效應。最近的理論計算表明，點缺陷在某些晶界類型附近可能是非常有利的，并且隨著帶隙的減小而顯著影響電子性能。