采用第一原理计算立方(c)、四方(t)、单斜(m)结构的氧化锆同质异性体能量,对能量体积变化关系计算发现,在0K下m-ZrO2能量最低,并且单斜相保持到较大温度范围,而t-ZrO2和c-ZrO2则通过热膨胀、应力等体积转变方式而导致能量不同,从而引起结构转变。采用应力应变关系描述其弹性系数,通过Voigt-Reuss-Hill近似表征氧化锆同质异性体的力学性能,计算得到的结果与实验符合较好,研究表明单斜氧化锆的模量明显低于四方和立方结构,是由于其密度降低,导致原子堆垒不紧密和化学键变弱,造成力学性能下降。