Внутри совершенного кристалла вакансии и межузельные атомы могут одновременно образовываться по механизму Френкеля — при выходе атома в междоузлие из его нормального положения в узле решетки. Таким путем образуются вакансии и межузельные атомы при облучении металла ядерными частицами. Атом может выйти из узла решетки в междоузлие и из-за получения избытка энергии от соседей. Но такое образование тепловых вакансий и межузельных атомов происходит крайне редко, так как требуемый избыток энергии весьма велик.
Несравненно легче происходит независимое образование тепловых вакансий (независимо от межузельных атомов) по механизму Шоттки. Атом поверхностного слоя, приобретая избыток энергии от соседей, легко испаряется из кристалла или еще легче переходит в адсорбционный слой. В последнем случае не происходит полного разрыва всех межатомных связей. Через некоторое время на место атома поверхностного слоя переходит соседний атом из более глубокого слоя. Таким путем образуется вакансия, переходящая вглубь кристалла. Кристалл как бы растворяет пустоту. Источниками тепловых вакансий служат свободные поверхности кристалла, а также пустоты и трещины внутри него.
В поликристалле границы зерен являются источниками вакансий с такой же производительностью, как и свободные поверхности. Один из расчетов показал, что вклад границ зерен в общую концентрацию тепловых вакансий доходит до 1/5; остальные вакансии образуются от дислокаций. Образование вакансий взаимодействующими и движущимися дислокациями будет рассмотрено позднее.
Свободные поверхности, границы зерен, пустоты, трещины и дислокации являются источниками вакансий, если кристалл еще не насыщен ими. Если же кристалл пересыщен вакансиями, например при закалке, то эти источники могут действовать как стоки — места, куда мигрируют (стекают) вакансии и где они исчезают. Вакансия и межузельный атом могут аннигилировать при встрече. Но такая рекомбинация дефектов происходит крайне редко, так как очень мала концентрация межузельных атомов.
Источники вакансий экспериментально выявили следующим способом. Металл бомбардировали α-частицами. При последующем нагревании атомы гелия выделялись из раствора с образованием газовых пузырьков. Пузырьки в основном возникали вблизи источников вакансий (здесь атомы гелия вызывают меньшее искажение решетки), указывая на их месторасположение. Источниками вакансий, около которых возникали пузырьки гелия, оказались границы зерен и дислокации.