Mechanismen bezeichnen in der Werkstoffwissenschaft wohldefinierte, kausale Abläufe auf atomarer, mikroskopischer oder mesoskopischer Ebene, die ein beobachtbares makroskopisches Verhalten eines Werkstoffs hervorbringen. Sie dienen dazu, Struktur-Eigenschafts-Beziehungen quantitativ und qualitativ zu verstehen und zu modellieren.

Im Bereich der mechanischen Eigenschaften sind Plastizitätsmechanismen zentral. Hierzu zählen z. B. dislokationsbasierte Plastizität, Versetzungsquergleiten, Klettermechanismen oder der Orowan-Mechanismus der Umgehung von Teilchen. Diese Mechanismen erklären Fließspannung, Verfestigung und Kriechverhalten, oft über Aktivierungsmechanismen, die durch thermisch aktivierte Überwindung von Energiebarrieren beschrieben werden.

Auf atomistischer Ebene werden Mechanismen als Sequenzen diskreter elementarer Ereignisse (z. B. Diffusionssprünge, Bindungsbrüche und -bildungen) verstanden. Sie bestimmen etwa Nukleationsverhalten bei Phasenumwandlungen oder Korngrenzenbewegung. In funktionalen Werkstoffen sind analoge Konzepte etabliert, etwa Enzymmechanismen in bioinspirierten Materialien oder ladungstragende Transportmechanismen in Ionenleitern.

Für die Werkstoffentwicklung sind Verstärkungs- und Verhärtungsmechanismen (Ausscheidungshärtung, Mischkristallverfestigung, Korngrenzenverfestigung) besonders wichtig. Sie werden in Modellen systematisiert, die montierte (gekoppelte) und scheinbar nichtmontierte Mechanismen zu übergeordneten Materialgesetzen kombinieren. Die präzise Identifikation relevanter Mechanismen ist Voraussetzung für multiskalige Simulation, experimentelles Design und zielgerichtete Werkstoffoptimierung.