Superohlajanje je postopek, s katerim se tekočina ali plin ohladi nad temperaturo zmrzovanja, ne da bi kristalizirala v trdno snov. V normalnih pogojih zmrzovanja bi takšne snovi zamrznile v kristale okoli semenskega jedra, proces, znan kot heterogena nukleacija. Ko semenski kristal ali jedro ne obstaja, lahko snov ostane tekoča do točke homogene nukleacije, ki se pojavi pri veliko nižji temperaturi.
Čista voda zmrzne pri 32°F (0°C), vendar jo je mogoče prehladiti na -43.6°F (-42°C). Za prehlajenje ga je treba destilirati, ker bi prisotnost nečistoč ustvarila nukleacijske točke in omogočila nastanek ledenih kristalov. Prehlajena voda se zelo hitro spremeni v led ali brozgo, ko naleti na snov, na kateri lahko tvori kristale. Prav tako je mogoče prehladiti vodo preko točke homogene nukleacije, v tem primeru pa se sčasoma strdi v vrsto stekla.
Veliko različnih vrst snovi in raztopin je mogoče prehladiti, zaradi česar je postopek uporaben v različnih aplikacijah. Na primer, superhlajene kovinske zlitine se uporabljajo pri proizvodnji polprevodniških nanostruktur. Takojšnji grelniki za roke, priljubljen komercialni izdelek, proizvajajo toploto iz hitre kristalizacije prehlajene raztopine natrijevega acetata.
Prenasičena raztopina natrijevega acetata, ki se uporablja v grelnikih za roke, nastane s segrevanjem vode, tako da se lahko raztopi več natrijevega acetata kot običajno. Ta zmes se nato prehladi na sobno temperaturo in ostane tekoča, ko bi normalno kristalizirala. Ko se grelnik za roke stisne, motnja zniža energijsko oviro za kristalizacijo, toplota pa se sprošča, ko nastanejo kristali.
Superohlajanje je v naravi pogosto opazno. Lahko se zgodi z vodo pod ledeniki, kar ima za posledico spremembe v transportu usedlin in dinamiki ledenikov. Prehlajene vodne kapljice se pogosto tvorijo v oblakih na visoki nadmorski višini in kristalizirajo v led, ko naletijo na trden predmet. Ta pojav je odgovoren za nastanek ledu na letalskih krilih.
Ta proces uporabljajo tudi številni živi organizmi. Vrste dreves in žuželk, ki živijo v hladnem podnebju, se zanašajo na to, da zniža ledišče svojih notranjih tekočin. To ustvarja toleranco na zmrzal in omogoča tem organizmom, da preživijo v izjemno nizkih temperaturah.
Raziskave so pokazale, da do prehlajenja pride v primerih, ko je struktura snovi sestavljena iz atomov v peterokotnih grozdih. Pentagoni ne morejo biti geometrijsko razporejeni tako, da bi popolnoma zapolnili kristalni prostor, zato do kristalizacije ne pride. Povečan učinek tega je bil dokazan med študijami o rasti struktur nanožic na siliciju.