Granice ziaren to interfejsy, na których spotykają się kryształy o różnych orientacjach. Granica ziaren jest jednofazową granicą z kryształami po każdej stronie granicy, z wyjątkiem orientacji. Termin „granica krystalitu” jest czasami, choć rzadko, używany. Obszary graniczne ziaren zawierają te atomy, które zostały zakłócone z ich pierwotnych miejsc w sieci krystalicznej, dyslokacji i zanieczyszczeń, które migrowały do granicy ziaren o niższej energii.
Geometryczne traktowanie granicy ziarna jako interfejsu pojedynczego kryształu na dwie części, z których jedna jest obracana, widzimy, że istnieje pięć zmiennych wymaganych do określenia granicy ziaren. Pierwsze dwie liczby pochodzą z wektora jednostkowego, który określa oś obrotu. Trzecia liczba określa kąt obrotu ziarna. Ostatnie dwie liczby określają płaszczyznę granicy ziaren (lub wektor jednostkowy, który jest normalny do tej płaszczyzny).
Granice ziaren zakłócają ruch przemieszczeń w materiale. Propagacja dyslokacji jest utrudniona z powodu pola naprężeń w obszarze ubytku granicy ziaren oraz braku płaszczyzn poślizgu i kierunków poślizgu oraz ogólnego wyrównania wzdłuż granic. Zmniejszenie wielkości ziaren jest zatem powszechnym sposobem na poprawę wytrzymałości, często bez poświęcania wytrzymałości, ponieważ mniejsze ziarna tworzą więcej przeszkód na jednostkę powierzchni płaszczyzny poślizgu. Ta zależność między wielkością a wytrzymałością krystalitu wynika z zależności Hall-Petch. Wysoka energia międzyfazowa i stosunkowo słabe wiązanie na granicach ziaren sprawia, że są one preferowanymi miejscami początku korozji i wytrącania nowych faz z ciała stałego.
Migracja na granicach ziaren odgrywa ważną rolę w wielu mechanizmach pełzania. Migracja na granicy ziaren występuje, gdy naprężenie ścinające działa na płaszczyznę granicy ziaren i powoduje ślizganie się ziaren. Oznacza to, że materiały drobnoziarniste w rzeczywistości mają słabą odporność na pełzanie w porównaniu z grubszymi ziarnami, zwłaszcza w wysokich temperaturach, ponieważ mniejsze ziarna zawierają więcej atomów w miejscach na granicach ziaren. Granice ziaren powodują również odkształcenia, ponieważ są źródłami i opadami defektów punktowych. Puste przestrzenie w materiale mają tendencję do gromadzenia się na granicy ziaren, a jeśli dzieje się to w stopniu krytycznym, materiał może pęknąć.
Podczas migracji na granicy ziaren krok określający szybkość zależy od kąta między dwoma sąsiednimi ziarnami . Na granicy dyslokacji o małym kącie szybkość migracji zależy od dyfuzji pustej przestrzeni między dyslokacjami. Na granicy dyslokacji o dużym kącie zależy to od transportu atomów przez przeskoki pojedynczych atomów od kurczenia się do rosnących ziaren.
Granice ziaren mają zazwyczaj szerokość zaledwie kilku nanometrów. W zwykłych materiałach krystality są na tyle duże, że granice ziaren stanowią niewielki ułamek materiału. Można jednak uzyskać bardzo małe rozmiary ziaren. W ciałach stałych nanokrystalicznych granice ziaren stają się znaczącym ułamkiem objętościowym materiału, co ma głęboki wpływ na takie właściwości, jak dyfuzja i plastyczność. W granicach małych krystalitów, gdy ułamek objętościowy granic ziaren zbliża się do 100%, materiał przestaje mieć charakter krystaliczny, a tym samym staje się amorficzną substancją stałą.
Granice ziaren występują również w domenach magnetycznych w materiały magnetyczne. Na przykład dysk twardy komputera jest wykonany z twardego materiału ferromagnetycznego, który zawiera obszary atomów, których momenty magnetyczne można ponownie wyrównać za pomocą głowicy indukcyjnej. Magnetyzacja różni się w zależności od regionu, a brak wyrównania między tymi regionami tworzy granice, które są kluczem do przechowywania danych. Głowica indukcyjna mierzy orientację momentów magnetycznych w tych obszarach domeny i odczytuje „1” lub „0”. Te bity to odczytywane dane. Rozmiar ziarna jest ważny w tej technologii, ponieważ ogranicza liczbę bitów, które można zmieścić na jednym dysku twardym. Im mniejszy rozmiar ziaren, tym więcej danych, które można przechowywać.
Ze względu na niebezpieczeństwa związane z granicami ziaren w niektórych materiałach, takich jak łopatki turbin ze stopu nadstopu, dokonano wielkich skoków technologicznych, aby zminimalizować efekt granic ziaren w łopatkach. Rezultatem było ukierunkowane przetwarzanie zestalania, w którym granice ziaren zostały wyeliminowane poprzez wytworzenie kolumnowych struktur ziaren wyrównanych równolegle do osi łopatki, ponieważ jest to zwykle kierunek maksymalnego naprężenia rozciągającego odczuwanego przez łopatkę podczas jej obrotu w samolocie. Powstałe łopatki turbiny składały się z pojedynczego ziarna, co poprawiało niezawodność.
Generalnie polikryształy nie mogą być przegrzane; topią się natychmiast po osiągnięciu dostatecznie wysokiej temperatury.Dzieje się tak, ponieważ granice ziaren są amorficzne i służą jako punkty zarodkowania dla fazy ciekłej. Z drugiej strony, jeśli nie ma stałego jądra w postaci cieczy, która ochładza się, ma tendencję do przechłodzenia. Ponieważ jest to niepożądane w przypadku materiałów mechanicznych, projektanci stopów często podejmują kroki przeciwko temu (poprzez rozdrobnienie ziarna).