Приводятся данные об изменениях когезионных энергий (на 1–2%) в ОЦК- и ГЦК-фазах железа и меди при увеличении параметров решеток до значений, соответствующих стадии предплавления. С учетом скрытой теплоты плавления эти изменения составляют 4–5% и свидетельствуют об отсутствии физических причин для поатомного разупорядочения расплава. Резкая зависимость когезионной энергии от параметра решетки приводит к возникновению больших напряжений (в сравнении с прочностными характеристиками и напряжениями Пайерлса). Этот процесс при нагреве кристаллов до температур, превышающих в 1,5–2 раза дебаевские, приводит к множественному рождению дислокаций, а их полигонизация — к спонтанному фрагментированию структуры. Обратимость этого явления при охлаждении свидетельствует, что термически активируемые полигональные процессы отражают возникновение новой степени свободы движения атомов при термической активации твердых тел. Результаты структурных исследований металлов (in situ) охватывают криогенные температуры, стадии предплавления, плавления, нагрева расплава и затвердевания. Охлаждение железа и хрома до температур $\leq 140$ К приводит к спонтанному фрагментированию их зерен. Процесс сопровождается возникновением двойников и образованием вытянутых ячеистых дислокационных структур. Нагрев пленок чистых металлов (Fe, Cu, Ni, Ag и Au) выше температуры Дебая приводит к началу спонтанного фрагментирования зерен. При дальнейшем повышении температуры до стадии предплавления фрагментирование усиливается, а плотность дислокаций достигает величин $\sim 10^{11}$ см$^2$. Переход металлов в пределах области скрытой теплоты плавления сопровождается кластерным фрагментированием на блоки когерентного рассеяния величиной $\sim 3–5$ нм. Процесс сопровождается возникновением свойства коалесценции и усилением броуновской подвижности структурных фрагментов расплава. В уплотненном состоянии такая система была бы сходной с сильнодеформированной системой с плотностью дислокаций $\sim 10^{13}$ см$^2$. Сильно нагретый расплав разупорядочен до кластера. Течение расплава приводит к его расслаиванию на структурные полифрагменты, которые наследуются при затвердевании. Начальная стадия затвердевания сопровождается увеличением на порядок (и более) количества кристаллических нанофрагментов, что сопоставляется с понижением плотности дислокаций на два (и более) порядка ($\leq 10^{11}$ см$^2$). Последующее уменьшение температуры приводит к росту наноструктурных фрагментов.