Υπερψύξη είναι η διαδικασία με την οποία ένα υγρό ή αέριο ψύχεται πέρα από τη θερμοκρασία πήξης του χωρίς να κρυσταλλωθεί σε στερεό. Υπό κανονικές συνθήκες κατάψυξης, τέτοιες ουσίες θα παγώσουν σε κρυστάλλους γύρω από έναν πυρήνα σπόρου, μια διαδικασία γνωστή ως ετερογενής πυρήνωση. Όταν δεν υπάρχει κρύσταλλος ή πυρήνας σπόρων, η ουσία μπορεί να παραμείνει υγρή μέχρι το σημείο της ομοιογενούς πυρήνωσης, που συμβαίνει σε πολύ χαμηλότερη θερμοκρασία.
Το καθαρό νερό παγώνει στους 32°F (0°C), αλλά μπορεί να υπερψυχθεί στους -43.6°F (-42°C). Πρέπει να αποσταχθεί για να γίνει υπερψύξη, γιατί η παρουσία ακαθαρσιών θα δημιουργούσε σημεία πυρήνωσης και θα επέτρεπε τον σχηματισμό κρυστάλλων πάγου. Το υπερψυγμένο νερό μετατρέπεται πολύ γρήγορα σε πάγο ή λάσπη όταν συναντά μια ουσία στην οποία μπορεί να σχηματίσει κρυστάλλους. Είναι επίσης δυνατό να υπερψυχθεί το νερό πέρα από το σημείο ομοιογενούς πυρήνωσης, οπότε τελικά στερεοποιείται σε έναν τύπο γυαλιού.
Πολλοί διαφορετικοί τύποι ουσιών και διαλυμάτων μπορούν να υπερψυχθούν, καθιστώντας τη διαδικασία χρήσιμη σε ποικίλες εφαρμογές. Για παράδειγμα, υπερψυγμένα κράματα μετάλλων χρησιμοποιούνται στην παραγωγή νανοδομών ημιαγωγών. Οι θερμαντήρες χεριών, ένα δημοφιλές εμπορικό προϊόν, παράγουν θερμότητα από την ταχεία κρυστάλλωση ενός υπερψυκτικού διαλύματος οξικού νατρίου.
Το υπερκορεσμένο διάλυμα οξικού νατρίου που χρησιμοποιείται στους θερμαντήρες χεριών δημιουργείται με θέρμανση νερού έτσι ώστε να μπορεί να διαλυθεί περισσότερο οξικό νάτριο από το συνηθισμένο. Αυτό το μείγμα στη συνέχεια υπερψύχεται σε θερμοκρασία δωματίου, παραμένοντας υγρό όταν κανονικά θα κρυσταλλωθεί. Όταν πιέζεται ο θερμαντήρας χεριών, η διαταραχή μειώνει το ενεργειακό φράγμα για την κρυστάλλωση και η θερμότητα απελευθερώνεται καθώς σχηματίζονται κρύσταλλοι.
Η υπερψύξη μπορεί να παρατηρηθεί ευρέως στη φύση. Μπορεί να συμβεί στο νερό κάτω από τους παγετώνες, με αποτέλεσμα αλλαγές στη μεταφορά ιζημάτων και τη δυναμική των παγετώνων. Υπερψυγμένα σταγονίδια νερού συχνά σχηματίζονται σε σύννεφα μεγάλου υψομέτρου και κρυσταλλώνονται σε πάγο όταν συναντούν ένα στερεό αντικείμενο. Αυτό το φαινόμενο είναι υπεύθυνο για το σχηματισμό πάγου στα φτερά του αεροσκάφους.
Πολλοί ζωντανοί οργανισμοί χρησιμοποιούν αυτή τη διαδικασία επίσης. Είδη δέντρων και εντόμων που ζουν σε ψυχρά κλίματα βασίζονται σε αυτό για να μειώσουν το σημείο πήξης των εσωτερικών τους υγρών. Αυτό δημιουργεί ανοχή σε συνθήκες παγώματος και επιτρέπει σε αυτούς τους οργανισμούς να επιβιώσουν σε εξαιρετικά χαμηλές θερμοκρασίες.
Έρευνες έχουν δείξει ότι η υπερψύξη λαμβάνει χώρα σε περιπτώσεις όπου η δομή μιας ουσίας αποτελείται από άτομα σε πενταγωνικά σμήνη. Τα πεντάγωνα δεν μπορούν να διευθετηθούν γεωμετρικά με τέτοιο τρόπο ώστε να γεμίσουν πλήρως έναν κρυσταλλικό χώρο, επομένως δεν συμβαίνει κρυστάλλωση. Το αυξημένο αποτέλεσμα αυτού έχει αποδειχθεί κατά τη διάρκεια μελετών για την ανάπτυξη δομών νανοσύρματος στο πυρίτιο.