1863年英国人索比（H.C.Sorby） 发明的金相技术是这一学科的奠基性工作。金相学过去曾定义为研究金属及合金的成分、组织结构以及它们同性之间关系的科学。随着这一学科研究领域的不断扩 大，从20世纪20年代开始，在德国逐渐改用“Metallkunde” （金属学） 一词来表征这一学科，在苏联、相应的名词为Метаоведение； 在英、美等国家相应改为“physical metallurgy” （物理冶金）。而金相学一词则成为金属学的一个分支学科名称，常用于指 其中以显微组织研究为主要的部分。
金相学主要借助于光学显微术和电子显微学来研究金属及合金在不同状态下组织结构以及各种缺陷的特征，如相的尺寸、形貌、分布及取向关系，晶料、 晶料间界的尺寸、形貌、取向关系、位错、空洞、裂纹、断口等。[2]
1、 合金钢热处理的研究
钢的热处理原理是以钢在加热和冷却过程中的相变为依据的，金相技术则是相变研究的重要手段。利用金相法研究不同钢种在不同温度下的等温分解过程，并综合成等温转变曲线，从中引出了临界淬火速度的概念，明确了不同合金元素对淬透性的影响。形状记忆合金也是通过金相分析而发现的。人们对Cu-Zn合金作高温金相分析发现，马氏体针随温度的升降，长度会缩短和伸长，此类马氏体称为热弹性马氏体，具有形状记忆效应。在冷却时使它变形，再加热到临界点以上时，又恢复到原有形状。
2、 控制机械产品的质量
产品生产过程中的每一个环节，比如我们锅炉行业，从原材料验收、焊接工艺评定、加工工艺的控制的质量评定等，都要分别按照不同的标准，通过金相和其他的检验来确定合格与否。
3、 失效分析
机械装备和零件在使用过程中难以避免的，会出现变形、断裂、磨损及腐蚀等形式的失效，分析失效原因，并找出预防及补救措施，就是失效分析。失效分析涉及众多学科和技术，需要广泛收集原始资料并运用多种技术手段进行测试分析。其中对于判别失效最重要和最广泛的手段就是金相分析，而某些失效事故往往只须金相分析就可做出结论。
1、 金相显微镜
金相显微镜是专门用于观察金属和矿物等不透明物体金相组织的显微镜。这些不透明物体无法在普通的透射光显微镜中观察，故金相和普通显微镜的主要差别在于前者以反射光，而后者以透射光照明。在金相显微镜中照明光束从物镜方向射到被观察物体表面，被物面反射后再返回物镜成像。这种反射照明方式也广泛用于集成电路硅片的检测工作。
金相显微镜是金相分析的主要仪器。20世纪初使用开始使用倒立式金相显微镜，影响成像质量的主要因素是像差，特别是色差和像域弯曲。早期采用延长摄影距离的办法来改进，所以出现了大型的卧式显微镜，如东德的Neophot系列。60 年代后，金相专用的平场宽视域物镜的研制成功，无需长距离投影已经可以保证摄影质量。目前金相显微镜采用立式投影，结构紧凑。采用高分辨率的摄像头或更高分辨率的数码相机进行金相照片拍摄，既提高了效率，也降低了成本。