鑄件的晶體組織主要是在凝固過程中形成的，稱為一次結晶。一次結晶主要是從物理化學觀點出發，研究液態金屬的生核、長大、結晶組織的形成規律。
一次結晶對鑄件的性能有很大的影響。一次結晶時，液態金屬的補縮和裂紋的產生與晶體的長大方式有關。根據結晶條件不同，鑄件可能是柱狀晶組織、粒狀晶（等軸晶）組織或兩種晶體不同組合的組織。
（1）柱狀晶。就其形成條件而言，柱狀晶有利于液體的補縮，減少微觀縮松，但晶界上富集雜質和缺陷，故橫向性能差。但是，如減少金屬中雜質，晶間聯系，則柱狀晶在縱向或橫向性能上均可超過粒狀晶；又如，使柱狀晶平行于鑄件的拉應力方向，可使高溫持續時間大幅度增加，并提高耐熱疲勞性能；對于磁性鋼，如使柱狀晶方向與磁場方向重合，則可顯著提高其電磁性能。
（2）粒狀晶（等軸晶）。粒狀晶的晶界長，雜質和缺陷較分散，各項性能差異小，并且細粒狀晶的性能較好，故一般希望鑄件為細粒狀晶組織。
鋼和鑄鐵的結晶是不同的，其區別在于：鋼屬于固溶體型合金，在結晶過程中，只形成一個或主要形成一個固溶體相。鑄鐵屬于共晶型合金，結晶時都經過一個共晶轉變階段，轉變產物或同為固溶體，或另一相為非金屬相——石墨、碳化物。共晶轉變時，總在固-液相界面析出“相”，構成共晶團的骨架，決定共晶團的形狀和大小。相則充填于骨架之間，構成共晶團的基體。相往往是高熔點相，共晶點都偏向低熔點組元一邊。當高熔點相析出受阻時，另一相也可能析出。非金屬相（常稱相）脆（滲碳體）、弱（石墨），其形狀、分布和大小對這些合金的性能起著決定性的作用。