Память формы обеспечивается за счет того, что кристаллическая решетка нитинола может находиться в двух устойчивых состояниях (фазах) — мартенситном и аустенитном. При температуре выше некоторой критической весь сплав находится в аустенитной фазе с кубической кристаллической решеткой. При охлаждении сплав переходит в мартенситную фазу, в которой благодаря изменившимся геометрическим пропорциям ячеек кристаллической решетки становится пластичным.
Подлинный "бум" вызвало обнаружение эффекта памяти формы в сплавах никеля и титана эквиатомного состава. Это произошло в начале 60-х годов в Naval Ordnance Laboratory (США). В течение некоторого времени (в зарубежной литературе до сих пор) этот сплав называли "нитинол" по химической формуле TiNi и аббревиатуре названия лаборатории. Позже это название в значительной мере было вытеснено химическим - никелид титана.
Если приложить небольшое механическое усилие, изделию из нитинола в мартенситном состоянии можно придать почти любую конфигурацию, и она будет сохраняться до тех пор, пока предмет не нагреют до критической температуры. В этот момент мартенситная фаза становится энергетически невыгодной, и металл переходит в аустенитную фазу, восстанавливая прежнюю форму.