Когда структуры зарождающейся фазы и матрицы сильно различаются, энергия активации для гомогенной нуклеации будет очень большой, даже если величины энергетических членов поверхности и напряжения сведены до минимума, как описано ранее. Чтобы в таких условиях происходила нуклеация. потребуется очень большое переохлаждение, необходимое для обеспечения процесса движущей силой. Однако при пониженных температурах подвижность атомов уменьшится, что таким образом снижает шансы для случайной флуктуации создать нуклеус критического размера.
Следовательно, испытывающая превращение система будет стремиться снизить барьер энергии активации за счет предпочтительной нуклеации в местах дефектов структуры матрицы. Такой процесс называется гетерогенной нуклеацией. Эти дефекты могут быть различных типов: вакантные позиции в структуре, дислокации, границы зерен, примеси и включения и т. д. Со всеми такими дефектами связана определенная энергия. Когда нуклеация происходит на дефекте, последний частично или полностью уничтожается, а его энергия используется для преодоления барьера энергии активации.

Мы не будем обсуждать энергетические вклады дефектов различного типа, но ясно, что чем выше энергия дефекта, тем он удобнее в качестве потенциального места нуклеации. Границы зерен (в особенности тройные сочленения) и деформации структур характеризуются высокими энергиями и обычно используются для нуклеации новых фаз. На рис. 5.16 показана нуклеация фазы, выделяющейся на плоскостях двойниковых швов.
Гетерогенная нуклеация в любом случае требует меньшей энергии активации и, значит, меньшей степени переохлаждения. При температурах, близких к равновесной температуре перехода, она может быть единственно возможным механизмом нуклеации. При более низких температурах может действовать как гетерогенный, так и гомогенный механизм. Температурный разрыв между началом гетерогенной и гомогенной нуклеации будет зависеть от величины энергетических членов поверхности и напряжения, т. е. от различий структур двух фаз.