光學顯微鏡的發明，被人們利用來研究金屬內部的顯微組織，18世紀以來，引發一系列的創新。首先是Widmanstatten于1808年將鐵隕石（鐵鎳合金）切成試片，拋光，再用硝酸水溶液腐刻，在光學金相顯微鏡下觀察到片狀規則分布的魏氏組織。魏氏是金相學的啟蒙人，開路先鋒。

1863年英國的H.C.Sorby用金相顯微鏡發現了鋼中得一種叫做淬火回火的組織，夠來被命名為“索氏體”。索氏對鋼鐵進行金相顯微鏡觀察發現了鐵素體，滲碳體，珠光體，石墨和夾雜物，基本上搞清楚了鋼鐵的顯微組織與熱處理過程的關系。

因此，索氏是國際上公認的金相學創建人。接著，德國的Adolf Martens于1878年相繼觀察研究鋼鐵的各種顯微組織，特別是發現了鋼的淬火組織，1895年，該組織被命名為馬氏體。隨后，他將碳在γ鐵中的固溶體命名為奧氏體。到了20世紀初，他陸續出版了金相學雜志和專著。

X射線衍射技術產生了X射線金相學

受金相顯微鏡分別率不高的影響，人們對金屬與合金顯微組織的認識曾一直停留在幾十微米的范圍，不能觸及金屬內部晶體結構的本質。1912年Laue等人發明了X射線衍射，接著Braqq父子將其應用于金屬及一些無機化合物晶體結構的測定。到了20世紀20年代，金相學的諸多基本問題都通過X射線衍射分析獲得解決。1943年《金屬的結構》一書以及1945年《X射線金相學》專著相繼問世，給金相學注入了新的思想，使人們對金屬及合金結構的認識水平深入到了原子尺度。