热处理是指设备在固体下通过加热、保温和冷却获得预期组织和特性的金属热加工工艺。在从石器时代到铜器时代和铁器时代的过程中，人们逐渐了解了热处理的作用。
早在公元前770年至前222年，中国人就发现，由于温度和压力变形的影响，钢铁的性能会发生变化。白口铸铁的光滑处理是制造农具的重要过程。
在公元前六世纪，钢制武器逐步被选中，淬火工艺为提高钢的硬度而迅速发展。两把剑和一把戟在中国河北省易县燕下都出土了，它们的显微组织中都有奥氏体，这表明它们是经过淬火的。随著淬火技术的发展，人们逐步发现淬冷剂对淬火质量的影响。今天陕西斜谷三国蜀人浦邈为诸葛亮打了3000把刀，相传是派人到成都取水淬火。它表明，中国在古代就注重不同水质的冷却能力，同时也注重油水的冷却能力。中国出土的汉朝(公元206～中山靖王墓中的宝刀公元24)，核心含碳量为0.15～0.4%，而表面含碳量在0.6%以上，说明渗碳工艺已经应用。但是当时作为个人“技能”的秘密，不愿意外传，所以发展缓慢。1863年，英国金相学家地理学家在显微镜下展示了钢铁的六种不同合金成分，证明钢铁在加热和冷却过程中会发生内部组织变化，钢铁在高温下的相在冷却过程中变成硬相。法国奥斯蒙德建立的铁同素异构理论和英国奥斯汀最早制定的铁碳相图，为现代热处理方法的初步理论奠定了基础。同时，为了防止金属在加热过程中氧化脱碳等，还讨论了金属热处理加热时的金属保护方法。1850～1880年，曾经有一系列专利来保护和加热各种气体(如氢气、煤气、一氧化碳等)。).1889～英国人莱克在1890年获得了各种金属光亮热处理专利。自20世纪以来，金属物理的发展和其它新技术的移植应用，使得金属热处理技术得到了更大的发展。一个显著的进展是1901～1925年，转筒炉用于工业生产中的气体渗碳；30年代出现漏点电位差计，可以控制炉内气氛的碳势。随后，研究了进一步控制炉内气氛碳势的方法，如二氧化碳红外仪和氧探头。60年代，热处理技术利用等离子场的作用，开发了离子渗氮和渗碳技术。激光和电子束技术的应用使金属获得了新的表面热处理和化学热处理方法。
