合金由多种化学元素组成，合金中的各金属之间会形成金属间化合物，金属间化合物结构更稳定，金属键不容易断裂，使得硬度增加。所以合金的硬度比纯金属的硬度大。单一的金属是一种组元，合金是多种组元。一种金属材料的硬度取决于它原子间的化学键的强度，化学键强度越大，原子结合越紧密，抵抗形变的能力就越大，硬度也越大。金属键一般越短结合力越大，还有结构，比如面心立方结构的金属比体心立方密排度更高，结合更紧密，硬度也更大。同时合金原子不一样大，原子间晶格产生畸变，有了畸变晶格势垒就更大，原子扩散更困难，形变不容易。例如钢，钢由C、N、ni、Cr等元素溶解在铁中而形成，这些元素在铁溶解对铁基体中形成固溶体，对基体产生强化作用，即固溶强化，其得强度与硬度都比构成基体的任意一种金属高。