金属热处理是机械制造中的关键过程之一。热处理一般不改变工件的形状和整体化学成分，而是通过改变工件内部的显微组织或改变工件表面的化学成分来赋予或提高工件的性能。它的特点是提高工件的内部质量，这通常不是每个人都能看到的。为了使金属工件具有所需的机械性能、物理性能和化学特性，除了合理选择材料和各种成型工艺外，热处理工艺一般是不可或缺的。钢铁是机械工程中应用最广泛的材料，钢铁可以通过显微组织加热。
热处理工艺一般包括加热、保温、冷却三个过程，有时只有加热和冷却两个过程。这两个过程是相互联系的，不能间断。加热是热处理的重要工序之一。加热金属的方法有很多种，最早使用木碳和煤作为热原，最近选用液体和气体燃料。电力的应用使得加热容易控制，而且没有环境污染。利用这些热原可以直接加热，也可以间接加热熔化的盐或金，甚至是起伏颗粒。在金属加热过程中，工件经常暴露在空气中，氧化脱碳(即钢件表面碳含量降低)，对热处理后的零件表面性能产生不利影响。所以，金属一般要在可控的气氛或保护气氛、熔融盐中合真空加热，也可以采用涂料或包装的方法进行保护加热。加热温度是保证热处理质量的重要工艺指标，选择和控制加热温度是保证热处理质量的关键问题。加热温度因金属材料和加工的热处理目的而异，但为了获得高温组织，通常会加热到相变温度以上。另外，变化需要一定的时间，所以当金属材料表面达到要求的加热温度时，必须在这个温度中保持一定的时间，使内外温度一致，使显微组织完全变化。这段时间叫做保温时间。采用高能密度加热和表面热处理时，加热速度极快，一般没有保温时间，而化学热处理的保温时间一般较长。
在热处理过程中，冷却也是不可缺少的一步。由于工艺不同，冷却方法主要是控制冷却速度。一般而言，退火冷却速度最慢，淬火冷却速度更快，淬火冷却速度更快。但是，由于钢的种类不同，要求也不同。例如，空硬钢可以以与淬火相同的冷却速度淬火。
