Faz dönüşümleri daima atomların uzun mesafeler boyunca yayılımları ile değil, zaman zaman yayılım olmadan, atomların toplu hareketiyle de gerçekleşebiliyor. Yayılımsız (İngilizce: diffusionless) adıyla sınıflandırdığımız bu dönüşümler, çekirdeklenme ve büyüme işleyişleriyle tarif edemeyeceğimiz bir şekilde, kristal yapıdaki atomların hep birlikte ve aynı anda hareket etmesiyle gerçekleşiyor. Diğer bir deyişle, malzemenin kristal simetrisi bir yapıdan diğerine bir anda geçiyor.
Yayılımsız dönüşümlerde, her bir atom kristal yapıdaki diğer atomlarla uyumlu bir zamanlamayla ve yapıdaki atomlar arası mesafeden daha kısa bir mesafe boyunca, sadece ~0.1 – 0.2 nanometre hareket ediyor. Kristal yapıdaki atomlar hep birlikte ve uyumlu bir şekilde konum değiştirdikleri için, atomların dönüşümün öncesindeki ve sonrasındaki komşuları değişmiyor.
Atomların kristal içinde uzun mesafeler boyunca yayılmadan, sadece toplu halde konum değiştirmeleriyle gerçekleşen yayılımsız dönüşümleri, Alman metalurjist Adolf Martens’e ithafen martensit dönüşümleri (İngilizce: martensitic transformations) olarak da adlandırıyoruz. Martensit, her ne kadar çelikte bilinen sert yapının adıyla bütünleşmiş olsa da, martensit dönüşümlerini birçok farklı metal ve alaşımda gözlemleyebiliyoruz. Örnek olarak çeliklerde gözlemlediğimiz şekliyle martensit dönüşümleri, yüksek sıcaklıkta kararlı östenit fazının hızlı soğutulması sonucunda atomların topluca hareket ederek martensit fazını ortaya çıkarmasıyla gerçekleşiyor. Aşağıdaki resimde, kaba bir tasvirle, bu toplu hareketin nasıl gerçekleştiği gösteriliyor.
Bu dönüşümün doğasını kavrayabilmemiz için östenit ve martensit fazlarının kristal yapılarını daha ayrıntılı olarak ele almamız gerekiyor. Bir sonraki konu başlığında bu dönüşümün atom ölçeğinde nasıl gerçekleştiği üzerinde duracağız.