금속과 같은 재료가 외부로부터 하중을 받아 소성변형(plastic deformation)이라고 불리는 영구적인 변형을 일으키는 것은 금속 내 결정체들의 전이(dislocation)라 불리는 미끄러짐에 기인한다. 그런데 소성변형이 계속 진행되면 결정체의 전이는 지속적으로 증가하지 않고 둔화되는 특성을 나타낸다. 그 이유로는 이미 전이된 결정체의 추가적인 전이에 저항하려는 성질 때문이다. 그 결과 추가적인 소성변형을 발생시키려면 이전 보다 더 큰 하중이 필요하게 된다. 이러한 현상을 변형률 경화라고 부르며, 결국 재료의 강성을 증가시키는 결과를 초래한다.
변형률 경화를 가공경화(work hardening)라고도 부르며 금속판재의 굽힘, 드로잉(drawing) 가공과 같은 냉간 성형(cold forming)의 기본원리가 된다. 이러한 변형률 경화는 용융점(melting point)이 높은 재료일수록 두드러지며, 그 이유는 결정체의 전이는 용융점에 가까운 온도에서 모두 소멸되기 때문에 경화현상 역시 사라지게 되기 때문이다. 이러한 특성을 이용한 것이 풀림(annealing) 공정으로 재료를 용융점에 가까운 온도로 상승시켜 결정체의 전이를 모두 제거하여 경화된 재료를 다시 원 상태로 복원시키는 것이다.
변형률 경화를 나타내는 재료의 응력-변형률 선도(stress-strain diagram)는 소성영역에서 일정한 기울기를 가지는 직선이 아니라 위로 볼록한 형상의 곡선으로 표현된다. 수학적으로는
