Martensit bezeichnet eine durch diffusionslose, scherspannungsgetriebene Umwandlung entstehende Gefügekomponente, die typischerweise bei der Abkühlung oder plastischen Verformung metastabiler Phasen in Stählen und anderen Legierungen auftritt. Charakteristisch ist der athermalen Charakter der Transformation: Der Umwandlungsgrad hängt primär von der Temperatur, nicht von der Zeit ab.

In Fe-C-Stählen entsteht der α'-Martensit aus austenitischer γ-Phase durch eine Gitterumklappung von kubisch-flächenzentriert (kfz) zu tetragonal-raumzentriert (krz-t). Der gelöste Kohlenstoff wird hierbei zwangsgelöst, was zu hohen inneren Spannungen, hoher Härte und Sprödigkeit führt. Mikrostrukturell unterscheidet man u.a. Platten- und Lattenmartensit, die sich in Morphologie, Versetzungsdichte und typischer Zusammensetzung unterscheiden.

Die martensitische Umwandlung verläuft über sogenannte Martensitvarianten, deren Orientierung durch die kristallographische Beziehung zur Ausgangsphase (z.B. Kurdjumov–Sachs, Nishiyama–Wassermann) bestimmt ist. In einigen Legierungssystemen (z.B. Fe-Mn, NiTi) können ε-Martensit (hexagonal dichtest gepackt) und deformationsinduzierter Martensit auftreten, die wesentlich zur Martensitwirkung wie Formgedächtnis- und TRIP-Effekten beitragen.

Durch nachfolgendes Anlassen entsteht angelassener Martensit mit feindispers verteilten Ausscheidungen und reduzierten Eigenspannungen, was ein günstiges Verhältnis von Festigkeit und Zähigkeit ermöglicht. Das gezielte Einstellen martensitischer Gefüge ist zentral für wärmebehandelte Stähle, hochfeste Leichtbaulegierungen und funktionale Werkstoffe mit reversibler martensitischer Phasenumwandlung.