新晶粒完全取代畸變晶粒的過程。金屬經冷變形後微觀組織的結晶結構發生畸變，性能發生變化，通常為硬度、強度、電阻有所增加，韌性降低。隨後進行退火加熱，隨著溫度升高或時間延長，依次發生回復、再結晶和晶粒長大。回復階段隻是加工變形過程中產生的內應力得到消除，畸變的晶粒未發生明顯變化。溫度超過某一定值時，發生新晶核的形成和長大，直至無畸變的新晶粒完全取代畸變晶粒，稱為再結晶。回復和再結晶的驅動力都是來自塑性變形後的儲能，再結晶完成時儲能全部釋放。如果溫度再升高，則發發生晶粒長大。通常把在一定時間內完成再結晶的最低溫度稱為再結晶溫度。影響再結晶的主要因素有溫度、預變形量、雜質含量和原始晶粒尺寸。再結晶核心的形成有兩種可能的機制：多邊化成核機制和應變誘導的晶界遷移機制。再結晶後金屬的硬度和電阻減小，塑性增加。控制冷加工金屬的退火溫度可控制再結晶後的晶粒大小，實際上可用於細化晶粒。再結晶後的晶粒消除瞭加工硬化，可避免連續加工過程中出現裂紋。再結晶的主要作用是使冷加工變形後的材料或零件重新具有較好的塑性與韌性。
此外，為提純物質，可將晶體先行溶解或熔解，而後再重新從溶液或溶體中結晶。這種再結晶過程又稱重結晶。