Le rocce soggette a metamorfismo subiscono una serie di reazioni chimiche e di trasformazioni fisiche (cristallizzazione metamorfica) che portano alla comparsa di nuove associazioni mineralogiche, per cui si può parlare di una roccia nuova che sostituisce quella preesistente. Al termine di tali reazioni la roccia avrà raggiunto nuove condizioni di equilibrio con l’ambiente e, quindi, una nuova stabilità.

In ogni caso la composizione chimica globale viene conservata, mentre a volte qualcosa della roccia originaria si preserva: perciò è possibile risalire in generale alla roccia sedimentaria, magmatica, o anche già metamorfica, che ha subìto il metamorfismo. Poiché le rocce che si sono ricristallizzate in un certo intervallo di temperatura e pressione provengono da una medesima profondità della crosta, esse vengono raggruppate, al di là della loro composizione chimica, che può essere differente, in una stessa facies metamorfica (figura ►37).

La facies rappresenta l’insieme di caratteri litologici (e paleontologici, se sono presenti resti fossili) di una roccia e dipende dall’ambiente in cui la roccia si è formata: riconoscere una determinata facies significa, quindi, identificare l’ambiente fisico in cui una roccia si è formata.

A seconda dello stadio raggiunto, il metamorfismo viene definito genericamente di grado basso, medio o alto. Attraverso le facies metamorfiche il grado di metamorfismo viene definito in modo più specifico; in particolare:

• in uno stesso stadio di metamorfismo si formano differenti tipi di rocce metamorfiche da rocce di partenza di diversa composizione;
• da rocce di partenza della stessa composizione si formano differenti tipi di rocce metamorfiche in stadi di metamorfismo diversi.

Il concetto di grado metamorfico è un concetto statico: fornisce indicazioni sui valori massimi di temperatura e di pressione cui la roccia è stata sottoposta, ma non dà informazioni su dove la roccia sia stata trasformata né su come sia poi tornata in superficie. In realtà il metamorfismo è un processo dinamico, caratterizzato dal mutare delle condizioni di pressione e temperatura a mano a mano che una roccia sprofonda nella crosta. I geologi chiamano la storia di queste variazioni percorso metamorfico P-T. Per ricavare dati di temperatura e di pressione necessari per ricostruire i percorsi P-T, si analizzano in laboratorio speciali minerali (chiamati geobarometri e geotermometri). Durante il metamorfismo, tali minerali (ad esempio i granati) si accrescono ma, all’aumentare della profondità, la loro composizione varia; poiché però le variazioni interessano di volta in volta la parte più esterna del minerale, osservando le variazioni di composizione dal centro alla periferia del cristallo, si può ricostruire la storia dei cambiamenti nel tempo delle condizioni di metamorfismo.

In definitiva si può stabilire fino a che profondità una roccia è scesa incontrando temperature e pressioni in aumento (percorso «di andata»), prima di ritornare in superficie, subendo temperature e pressioni via via minori, che provocano ulteriori trasformazioni nei minerali (percorso «di ritorno»).