Composés de seulement plusieurs couches atomiques, les joints de grains régissent la plupart des propriétés clés d'un matériau :
Propriétés mécaniques: Les joints de grains agissent comme des barrières naturelles au glissement des dislocations. Des grains plus fins avec plus de joints de grains offrent une plus grande résistance du matériau, ce qui est décrit par le mécanisme classique de renforcement du raffinement des grains de Hall-Petch.
Diffusion et transport de masse: Avec des espaces atomiques plus grands aux joints de grains, le taux de diffusion est plusieurs fois supérieur à celui à l'intérieur des grains. Les processus de transport de masse tels que la densification par frittage, la cémentation à haute température et la déformation par fluage se déroulent principalement le long des joints de grains.
Corrosion et stabilité: Les joints de grains à haute énergie présentent une activité chimique élevée, ce qui en fait des sites vulnérables à la corrosion et à la fracture. Ils servent également de zones majeures de ségrégation élémentaire. L'enrichissement en éléments nocifs induit une fragilisation des limites des grains, tandis que la ségrégation des éléments bénéfiques peut fixer les limites des grains et améliorer la stabilité du matériau.
Conduction électrique: Les électrons sont dispersés par des joints de grains désordonnés ; plus de joints de grains conduisent à une résistance électrique plus élevée. Pour les électrolytes céramiques des batteries à semi-conducteurs, la région de charge d'espace à la limite des grains constitue un goulot d'étranglement critique pour l'amélioration de la conductivité ionique.