金属热处理工艺大致可分为三类：整体热处理，表面热处理和化学热处理。根据不同的加热介质，加热温度和冷却方法，每个主要类别可以分为几个不同的热处理工艺。相同的金属采用不同的热处理工艺以获得不同的结构，因此具有不同的性能。钢是工业上使用最广泛的金属，钢的微观结构也是最复杂的，因此钢的热处理工艺类型很多。
整体热处理是一种金属热处理工艺，它会加热整个工件，然后以适当的速度冷却以改变其整体机械性能。钢的整体热处理有四个基本过程：退火，正火，淬火和回火。
退火是将工件加热到合适的温度，根据工件的材料和尺寸使用不同的保温时间，然后缓慢冷却，目的是使金属的内部结构达到或接近平衡状态，获得良好的过程性能和性能，或进行进一步淬火为组织做准备。
归一化是将工件加热到合适的温度，然后在空气中冷却。归一化的效果与退火相似，不同之处在于所得结构更精细。它通常用于提高低碳材料的切削性能，有时用于低要求的场合。零件作为最终热处理。
淬火是指在加热和保温后，在水，油或其他无机盐，有机水溶液等淬火介质中快速冷却工件。淬火后，钢零件变硬，但同时又变脆。为了降低钢零件的脆性，将淬火的钢零件长时间保持在高于室温和低于650℃的适当温度下，然后冷却。此过程称为回火。退火，正火，淬火和回火是整个热处理过程中的“四场大火”。淬火和回火密切相关，经常一起使用。它们是必不可少的。
“四场大火”演变出具有不同加热温度和冷却方法的不同热处理工艺。为了获得一定的强度和韧性，将淬火和高温回火相结合的过程称为淬火和回火。将某些合金淬火以形成过饱和固溶体后，将它们在室温或稍高的合适温度下保持更长的时间，以改善合金的硬度，强度或电磁性能。这种热处理过程称为时效处理。
