在冷凝速率和降压速率较高的条件下，岩石结构、矿物的结晶顺序和化学成分，都会受到结晶动力学效应的深刻影响。
（一）成核与晶体生长
岩浆结晶过程中，晶体的形成可分为晶核生成（成核）和晶体生长两个阶段。目前，岩石学中发展了晶体大小分布理论，试图通过测量岩石中最终的颗粒大小分布，来反演岩浆固结过程中的成核和生长速率的变化规律（Higgins，2006）。
1.成核作用（nucleation）
成核作用包括非均匀成核作用和均匀成核作用两种类型。在非均匀成核中，晶核必须通过与液相接触的固体（杂质或气泡）表面起作用才能形成。而在均匀成核作用中，不需要借助于外来物质，原子或分子可直接聚集为晶核。有人认为，在液－固相变系统中，只要初始液体中造晶元素的浓度足够大，才可能出现均匀成核作用。例如，在缓慢冷凝的岩浆中，橄榄石晶体可以发生均匀成核作用，但伟晶岩中的电气石，就常常是在岩脉的顶、底板与围岩的接触部位通过非均匀成核作用而产生。一般来说，均匀成核比非均匀成核更难发生。
晶核的形成和晶体最初的生长，往往不是在液相线温度，而是在低于液相线温度的过冷状态下进行的。液相线温度（TA）和实际结晶温度（TR）之间的差值，就称为过冷度（subcooled temperature）（△T），即△T＝TA－TB。
产生过冷度的原因主要是：(1)矿物结晶时，离子之间需要进行调整、迁移、组合，由于岩浆粘度较大，离子之间扩散与组合受到阻力，不能在正常结晶温度下顺利析出，而产生过冷状态。(2)结晶开始后，放出结晶潜热，使刚晶出的晶体重新熔化。晶体要析出，就需要下降到更低的温度。
岩石结晶过程中过冷度的大小主要取决于结晶环境和所存在的矿物。
当形成的晶核达到某一临界值时，才会自发长大，否则，晶核就不稳定。晶核稳定的临界大小与过冷度有关。在液相线温度时，临界大小为无限大，形成的晶核不稳定；过冷度较大时，临界大小较小。组分的活动性也影响晶核的形成。扩散系数太小，就不利于成核。过冷度的大小一般受溶液中先存的晶体（或杂质）和新生的晶体的相似程度的控制（图3－26a），用二晶体所成的二面角（θ）来表示其相似程度。对于均匀成核作用，θ＝180°。在理想情况下，假定形成的晶核是半径为r的球形。亚稳定相中的原子或分子转变成稳定固相中的原子或分子的相变会产生自由能的变化，理想情况下主要由体自由能的变化和界面能（面自由能）的改变组成。因此在成核的相变过程中，体系总的自由能（ΔG）的改变如图3－26a所示。
图3－26 晶核成核和生长过程中自由能与成核速率的变化（据Higgins，2006）
在某一半径rc处，自由能达到极大值，这个半径rc称 “临界半径”。在自然情况下，自由能的变化趋势总是ΔG→0的。因此，当r＜rc时，晶核不能稳定存在；只有当r＞rc时，晶核才能稳定存在，晶体才能继续生长。将达到临界半径的晶核，称为临界晶核（critical nucleus）。
在一定温度下，溶液中形成的 “临界晶核” 的几率会随温度的降低而快速上升。临界晶核失掉一个原子，便会不稳定；而若得到一个原子将变成稳定晶核。因此临界晶核是否会变成稳定晶核也存在一个 “几率” 问题。一个原子要从液相中迁移到晶核上，就必须要有一定的活化能来克服势垒。也就是说，临界晶核形成晶核的可能性与具有的活化能的原子数成比例。溶液中具有活化能的原子也存在一个几率问题，即过冷度越大，具有活化能的原子越少。单位时间、单位体积内产生的晶核数目，称为成核密度（nucleationdensity），代表了熔体自发形成晶核能力的大小，从侧面反映成核速率。
另外，成核速率还受到岩浆粘度、温度、氧活度的影响。实验证明，镁铁质岩浆中橄榄石和氧化铁矿物比辉石更容易成核，而辉石成核又比长石和石英容易得多。
2.晶体生长（crystal growth）
在岩浆固结过程中，系统中两相共存，一个是固相（晶体），另一个是熔体和气相，后者称为环境相或流体相。因此，晶体生长就是环境相转变为晶体相的相变过程。相变过程中释放或吸收的热，称为相变潜热。从原子尺度来看，每时每刻都有大量原子离开结晶界面进入环境相，同时又有大量的原子从环境相进入界面上晶格中的结晶位置，导致晶体长大。单位时间内晶体粒径增长的线度大小，称为晶体生长速率（crystal－growth rate），单位为cm/s或μm/s。
扩散速率是晶体生长的一个控制因素。晶体生长时，流体成分会不断发生改变，如果没有源源不断的物质迁移到晶－液界面处，晶体生长速度将会明显下降。离子扩散以及流体对流使得结晶作用继续下去。制约扩散的因素有温度、压力、水逸度、氧逸度、扩散介质以及元素性质。温度越高，扩散系数越大；扩散系数会随压力增大而减小；水逸度大，能加快系统中离子的扩散速度；氧逸度对过渡型金属离子的扩散速率有明显的影响。原子在固相中扩散要比液相中慢得多，不同的矿物中离子扩散速度有别。斜长石中原子扩散很慢，因而结晶和冷凝过程中易保留环带；橄榄石和辉石中原子扩散速度相当快，在侵入岩中较少见环带，只在喷出岩冷却快速的条件下，才能保留环带。同一矿物，在不同的结晶学方向上扩散速率也是有差别的。对硅酸盐熔体来说，熔体的成分对扩散速率的影响较大。一般来说，熔体的聚合程度愈高，其中的离子的扩散系数越小，如橄榄拉斑玄武质熔体（1300℃）中扩散系数为2.5×10－7cm2/s，而对于黑曜岩熔体（900℃）来说，扩散系数为6.1×10－10cm2/s。因不同成分的熔体具有不同的结构，而熔体结构对熔体中组分的扩散能起重要制约作用。另外，元素性质也会影响扩散速率。一价离子的扩散速率随着离子半径的增加而减小。对于二价、三价离子来说，离子半径对扩散速率没有什么影响。随着离子电荷的增加，扩散速率降低。
图3－27 成核速率和晶体生长速率随过冷度的变化曲线（据Veron.2004）
成分复杂的熔体中，随着结晶作用的进行，一些化学成分会逐渐减少，在晶－液界面和周围流体间会形成成分梯度。成分梯度的陡缓要视结晶速度和扩散速率而定。若晶体生长很慢，周围熔体则有充分的扩散时间；若由于快速冷却而导致扩散速率急剧下降，则会停止结晶，周围物质也不会再起作用。
3.过冷度与结晶程度及矿物颗粒大小的关系
图3－27为理想的成核速率及晶体生长速率曲线图。当过冷度很低时，成核速率（N）低，生长速率（G）高，形成数量少个体大的自形晶；若过冷度中等，成核密度和生长速率都较大，往往形成数量较多个体较小的自形晶；过冷度进一步增大，则形成一些骸晶或枝晶到球粒（图3－28）；过冷度达到极限时，成核作用停止，形成大量玻璃。
图3－28 在不同过冷度下斜长石晶体形态的变化（据Lofgren，1980，有修改）
Swanson（1977）实验研究了花岗岩岩浆结晶时，石英、碱性长石、斜长石的成核密度及晶体生长速率与过冷度的关系。图3－29表明，不同矿物的曲线变化趋势是一致的。首先，在过冷度相当低的情况下，没有自发晶核的形成，无晶体晶出。当过冷度增大时，开始有少量晶核产生，晶体也开始缓慢生长。当过冷度继续增大，成核密度越大，晶体生长速率也越快，易形成粗粒结构。过冷度增大到一定程度后，成核密度基本上保持稳定，但晶体生长速度却随过冷度的增加而迅速下降，于是岩石依次出现中粒、细粒结构和隐晶结构。当过冷度增大到相当大时，这时岩浆来不及形成晶核即已经迅速凝固，形成玻璃质。
（二）鲍文反应原理
鲍文反应原理是鲍文等（1922）根据玄武质岩浆冷却结晶过程的人工实验提出的。主要内容是：在岩浆结晶过程中，先析出的矿物因物理化学条件的改变与剩余岩浆发生反应，使成分发生变化并产生新的矿物；随着温度的降低，反应继续进行，便有规律地产生一系列矿物。这个矿物系列称为鲍文反应系列，如图3－30所示。
图3－29 含w（H2O）＝3.5％的人工合成花岗岩的成核密度和晶体生长速度曲线（据Swanson，1977）
图3－30 鲍文反应系列（据Bowen et al.，1922）
1.连续系列
反映岩浆结晶过程中斜长石系列的生成顺序。该系列的矿物在结晶过程中成分上有连续渐变关系。从高温到低温依次为由钙质斜长石向钠质斜长石转化，但矿物的结晶格架不发生大的改变。
2.不连续系列
表示镁铁质矿物从岩浆中晶出的先后顺序。相邻矿物之间结晶格架发生显著的变化，在上下两类矿物间不存在类质同象替代关系。如橄榄石与熔体反应可形成辉石，反应不完全时还可保存橄榄石的残余，形成反应边结构，其中，辉石和橄榄石之间无论在成分还是结构上都是不连续的。
随着岩浆的冷却，就同时从岩浆中析出一种斜长石和一种镁铁矿物，两者互相独立地进行。两个系列之间位于同一水平的矿物可以构成共结关系，共结物成分相当于某类岩石的主要矿物成分。两个分支在下部汇合成简单的不连续系列，石英是系统最后结晶的产物。
鲍文反应原理能够解释以下岩石学现象。(1)玄武岩浆经过分离结晶作用可形成较酸性的变种。(2)岩浆中造岩矿物的结晶顺序及共生规律：位于反应系列上部的矿物早结晶，结晶温度高；位于反应系列下部的矿物晚结晶，结晶温度较低。两个系列中温度相当的矿物如辉石与基性斜长石可以共生，角闪石与中酸性斜长石共生，等等。(3)同化混染作用：由于温度高低的不同，较基性岩浆能熔化较酸性的捕虏体，反之则不能，除非酸性岩浆处于过热状态。(4)斜长石的正环带结构及暗色矿物的反应边结构。
鲍文反应系列是火成岩研究中的一项重要成就，对于分析钙碱性岩浆中矿物的一般共生规律是很有意义的；也有助于解释火成岩的成因和多样性。但自然界中岩浆结晶情况要比鲍文反应原理复杂许多，因而鲍文反应系列也有其局限性。