形状記憶効果および超弾性は熱弾性型マルテンサイト変態によるもので、形状記憶効果は温度変化による母相（オーステナイト）からマルテンサイト相への相変態および逆変態、超弾性は母相の状態で負荷応力による応力誘起マルテンサイト相へ相変態、除荷による逆変態により発現します。

具体的な挙動を応力-ひずみ曲線を用いて説明すると

• 通常の金属材料は弾性域内では変形応力と比例関係にありますが、さらに弾性域を越えた変形を与えると降伏域に入ります。降伏域に入った後に応力を除いても永久変形が残ります。
• 形状記憶効果も低温相のマルテンサイト相で変形すると、通常の金属と同様に降伏域以降に除荷しても見かけ上の変形は残りますが、母相状態になる変態温度以上に加熱することでひずみはゼロになり元の状態に戻ります。
• 超弾性も通常の金属と同様に降伏は起こりますが、除荷時には負荷時と逆の現象を起こし元の状態に戻ります。NiTi超弾性材合金は見かけ上8％程度のひずみまで変形しても元の状態に戻ります。