L’étude des processus de changement dans les structures spatiales régionales est un problème pertinent dans l’identification de modèles urbains mono-centriques, polycentriques et dispersés. Cet article propose un cadre empirique qui se réfère à la théorie du système complexe et basé sur une analyse diachronique de la structure spatiale des parcelles construites dans le but d’évaluer les transformations métropolitaines. Une approche relationnelle basée sur 13 métriques (zone et forme de parcelle, zone de parcelle la plus proche et forme, élévation, distances des centres urbains, infrastructures routières et littoral de la mer) a été développée pour étudier la direction et l’intensité de la relation spatiale entre les attributs des parcelles individuelles. L’objectif final est d’évaluer le niveau de monocentrisme ou de polycentrisme des régions métropolitaines dans différents contextes socio-économiques. La méthodologie proposée a été appliquée à l’analyse de l’expansion à long terme (1948-2012) de la région métropolitaine d’Athènes (Grèce), considérée comme un exemple représentatif du passage de la compacité urbaine à la dispersion. Les structures simplifiées monocentriques observées en 1948 et 1975 ont été caractérisées par une dichotomie persistante entre les villes centrales et les districts périphériques. Depuis le début des années 1990, le passage d’une organisation spatiale mono-centrée à des structures plus dispersées a déterminé une augmentation rapide de l’entropie morphologiqueet de la dimension fractale des parcelles construites, avec une diminution de l’importance de la distance aux villes centrales comme facteur qui influence l’expansion des zones urbaines. Notre approche intègre l’analyse socio-économique dans une perspective d’écologie du paysage et contribue à comprendre les relations entre le développement local et les changements dans la configuration spatiale des régions métropolitaines, fournissant une base opérationnelle pour la classification supervisée des modèles et des processus d’expansion urbaine.