Отдел создан в 1938 г. в составе Института физики АН УССР, в 1946 г. переведён в Лабораторию металлофизики АН УССР. Первым его руководителем был д-р физ.-мат. наук, профессор С.Д. Герцрикен, проводивший широко известные исследования в области физики рентгеновских лучей и диффузии в металлах. С 1962 г. по 1992 г. отдел возглавлял Заслуженный деятель науки Украины д-р техн. наук, профессор Л.Н. Лариков. В настоящее время отделом руководит д-р техн. наук О.А. Шматко. Основное научное направление отдела - исследование диффузии и обусловленных ею физических процессов в металлах и сплавах, определяющих работоспособность металлических материалов при высоких температурах и других интенсивных внешних воздействиях.
   В отделе выполнены фундаментальные исследования параметров диффузии в ряде металлов и сплавов, в частности для трёхкомпонентных систем (С.Д. Герцрикен), а также изучено влияние давления на эти параметры (С.Д. Герцрикен, М.П. Прянишников) и фазовых превращений (С.Д. Герцрикен, Л.Н. Лариков, В.М. Фальченко, В.Б. Брик). Изучены связь степени упорядоченных металлических систем с диффузионной подвижностью компонентов, механизмы и кинетика диффузионных процессов в твёрдой фазе при сварке (Л.Н. Лариков, В.М. Фальченко), механизмы и кинетика диффузионных процессов на мигрирующих границах зёрен (Л.Н. Лариков, О.А. Шматко), влияние различных внешних воздействий на механизм и кинетику диффузионных процессов.
   Исследования диффузионных процессов залечивания дефектов показали, что ими можно управлять. Найдены условия, при которых залечивания дефектов в ходе нагрева обусловливает оптимизацию субструктуры материала, и существенно повышает прочность, пластичность и долговечность изделий (Л.Н. Лариков, Е.А. Максименко). Установлены основные закономерности протекания разных типов полигонизации (образование, рост и разворот субзёрен), обнаружен новый тип возврата с переориентацией (Л.Н. Лариков, В.И. Исайчев), а также влияние типа кристаллической решётки и других факторов на вклад различных процессов залечивания дефектов при формировании субструктуры металла. В частности, склонность металлов к рекристаллизации существенно зависит от типа кристаллической решётки, энергии дефектов упаковки, от условий упрочнения, предварительная полигонизация позволяет повысить температурный интервал рекристаллизации или в ряде случаев вообще предотвратить её (Л.Н. Лариков, Н.В. Дубовицкая). На этом явлении основывается эффективность субструктурного упрочнения металлов при повышенных температурах.
   Изучено влияние типа легирования на диффузионные процессы в сплавах. Наиболее сильное влияние оказывали легирующие элементы, вызывающие увеличение плотности упаковки и снижение энергии дефектов упаковки основного металла, а также элементы, обладающие более высокой энергией взаимодействия с дислокациями (особенно с винтовыми). Одна из причин повышения прочности металлических изделий при их поверхностном легировании заключается в измельчении субструктуры поверхностного слоя за счёт дополнительного развития полигонизации в нём. Детально изучены процессы образования и перераспределения дефектов при импульсных воздействиях с локализацией пластической деформации (Л.Н. Лариков, М.Н. Белякова).
   Результаты, полученные при исследовании изменений дислокационной структуры вследствие теплового удара, положены в основу разработанных в отделе эффективных методов испытания и повышения термостойкости изделий, а также усовершенствование технологии нанесения теплоустойчивых покрытий (Л.Н. Лариков, Н.В. Дубовицкая, С.М. Захаров). Сопоставление данных моделирования на ЭВМ различных процессов залечивания дефектов решётки, в частности, процессов формирования структуры и текстуры металлов при деформации и последующем отжиге, с экспериментальными результатами позволяет выявить основные закономерности этих процессов (Л.Н. Лариков, В.Н. Днепренок, С.В. Дивинский, В.В. Карпович).
   Совместно с сотрудниками Института электросварки им. Е.О. Патона НАН Украины обнаружено явление аномального массопереноса в кристаллических твёрдых телах, заключающееся в увеличении подвижности атомов на много порядков в условиях высокоскоростного деформирования (Л.Н. Лариков, В.М. Фальченко, В.Ф. Мазанко). На основе результатов фундаментальных исследований разработаны технологические приёмы обработки материалов, применяющихся в народном хозяйстве.
   В отделе проводятся исследования не классических случаев диффузии, происходящей при нестационарных тепловых и механических воздействиях, фазовых превращениях, сплавах с нетрадиционной кристаллической структурой (Л.Н. Лариков, С.М. Захаров, Е.А. Максименко, В.И. Франчук, О.А. Шматко). В частности, обнаружены эффекты анизотропии взаимной и гетеродиффузии в кубических кристаллах, влияния природы и концентрации диффузанта на строение диффузионной зоны, образования метастабильных инетрметаллических соединений и др.
   Ведутся исследования в области радиационной физики твёрдого тела. Расшифрована физическая природа процессов, обусловливающих протекания V и VI стадий отжига радиационных дефектов. Установлено влияние типа кристаллической решётки на закономерности полигонизации и рекристаллизации облученных материалов (Л.Н. Лариков, С.Т. Боримская).    В аморфных пересыщенных твёрдых растворах облучение нарушает композиционный ближний порядок. Это разупорядочение наследуется при переходе в метастабильное микрокристаллическое состояние (Л.Н. Лариков, С.М. Захарова, А.И. Походня, О.А. Шматко).
   Исследования алюминия и его сплавов в условиях облучения низкоэнергетическими ионами инертных газов позволили получить новые сведения о механизмах диффузии и газового распухания металлических материалов (Л.Н. Лариков, М.Е. Гуревич, Л.А. Крушинская).
   Сложное влияние оказывает облучение на кинетику распада кристаллических твёрдых растворов. Ускорение или замедление старения сплавов после облучения во многом определяется вкладом различных механизмов (общего, ячеистого и др.) в кинетику распада необлучённых сплавов (О.А. Шматко).
   В последние годы развиты исследования сплавов с квази- и нанокристаллической структурой. Разработана физическая модель строения границ зёрен в квазикристаллах (С.В. Дивинский, Л.Н. Лариков, О.А. Шматко). Изучены сплавы, одновременно содержащие, наряду с классичекими кристаллитами, аморфные, нано- и квазикристаллические фазы. Предложена схема взаимосвязи таких фаз и их взаимных превращений (Л.Н. Лариков, Н.В. Дубовицкая, О.А. Шматко).
   В отделе разработаны новые оригинальные методы измерения физических свойств металлов (Л.Н. Лариков, М.Е. Гуревич, Ю.Ф. Юрченко) и на их основе в опытном конструкторско-технологическом бюро созданы автоматизированные приборы для исследования тепловых свойств металлов. С помощью этих приборов изучены энергетические характеристики дефектов в металлах и сплавах, упрочнённых различными способами. На основе полученных результатов предложен новый способ определения предельной пластичности конструкционных материалов при их обработке (Л.Н. Лариков, Ю.Ф. Юрченко).
   Результаты выполненных в отделе исследований обобщены в монографиях С.Д. Герцрикена, И.Я. Дехтяря "Диффузия в металлах и сплавах в твёрдой фазе при сварке" (переиздана на английском языке); Л.Н. Ларикова, В.В. Гейченко, В.М. Фальченко "Диффузионные процессы в упорядоченных сплавах" (переиздана на английском языке); Л.Н. Ларикова, О.А. Шматко "Ячеистый распад пересыщенных твёрдых растворов"; Л.Н. Ларикова, В.Т. Черепина, М.Е. Гуревича "Автоматизация контроля и исследования металлов"; В.Б. Брика "Диффузия и фазовые превращения в металлах и сплавах".
   Отдел принимал активное участие в подготовке 6-томного справочного издания "Структура и свойства металлов и сплавов", которое по инициативе ИМФ АН УССР выпущено издательством "Наукова думка" в 1986-1988 гг. Сотрудники отдела явились авторами трёх томов этого издания: "Тепловые свойства металлов и сплавов" (Л.Н. Лариков, Ю.Ф. Юрченко), "Электрические и магнитные свойства металлов и сплавов" (О.А. Шматко, Ю.В. Усов), "Диффузия в металлах и сплавах" (В.И. Исайчев, Л.Н. Лариков). В коллективной двухтомной монографии "Intermetallic compounds principles and practice", которая выпущена издательством J. Willy под редакцией Дж. Вестбрука и Р. Фляйшера, опубликован фундаментальный обзор "Механизмы взаимной реактивной диффузии" (Л.Н. Лариков).
   Многолетнее сотрудничество отдела по теме "Физические основы прочности и пластичности металлических сплавов" с польскими коллегами из Краковского института основ металлургии им. А. Крупковского было отмечено совместной премией Президиума АН УССР и Президиума Польской АН.