Prehlađenje je proces kojim se tekućina ili plin hladi iznad temperature smrzavanja bez kristalizacije u krutinu. U normalnim uvjetima smrzavanja, takve tvari bi se smrznule u kristale oko jezgre sjemena, što je proces poznat kao heterogena nukleacija. Kada sjemenski kristal ili jezgra ne postoji, tvar može ostati tekućina do točke homogene nukleacije, koja se događa na mnogo nižoj temperaturi.
Čista voda se smrzava na 32°F (0°C), ali se može prehladiti na -43.6°F (-42°C). Mora se destilirati da bi došlo do prehlađenja, jer bi prisutnost nečistoća stvorila točke nukleacije i omogućila stvaranje kristala leda. Prehlađena voda se vrlo brzo pretvara u led ili bljuzgavicu kada naiđe na tvar na kojoj može formirati kristale. Također je moguće prehlađenje vode preko točke homogene nukleacije, u kojem slučaju se na kraju skrutne u vrstu stakla.
Mnoge različite vrste tvari i otopina mogu se prehladiti, što proces čini korisnim u raznim primjenama. Na primjer, superohlađene legure metala koriste se u proizvodnji poluvodičkih nanostruktura. Trenutni grijači za ruke, popularni komercijalni proizvod, proizvode toplinu brzom kristalizacijom prehlađene otopine natrijevog acetata.
Prezasićena otopina natrijevog acetata koja se koristi u grijačima za ruke stvara se zagrijavanjem vode tako da se može otopiti više natrijevog acetata nego inače. Ova smjesa se zatim prehlađena na sobnu temperaturu, te ostaje tekuća kada bi normalno kristalizirala. Kada se grijač ruku stisne, poremećaj snižava energetsku barijeru kristalizaciji, a toplina se oslobađa kako se kristali formiraju.
Prehlađenje se može široko promatrati u prirodi. To se može dogoditi s vodom ispod ledenjaka, što rezultira promjenama u transportu sedimenata i dinamici ledenjaka. Prehlađene kapljice vode često se formiraju u oblacima na velikim visinama i kristaliziraju u led kada naiđu na čvrsti predmet. Ovaj fenomen je odgovoran za stvaranje leda na krilima zrakoplova.
Mnogi živi organizmi također koriste ovaj proces. Vrste drveća i kukci koji žive u hladnoj klimi oslanjaju se na to da snize točku smrzavanja svojih unutarnjih tekućina. To stvara toleranciju na uvjete smrzavanja i omogućuje tim organizmima da prežive na ekstremno niskim temperaturama.
Istraživanja su pokazala da se prehlađenje događa u slučajevima kada se struktura tvari sastoji od atoma u peterokutnim nakupinama. Pentagoni se ne mogu geometrijski rasporediti na način da potpuno popune kristalni prostor, pa do kristalizacije ne dolazi. Pojačani učinak ovoga dokazan je tijekom studija o rastu struktura nanožica na siliciju.