金属热处理过程通常包括加热，保温和冷却三个过程，有时只有加热和冷却两个过程。这些过程是相互连接且不中断的。加热是热处理的重要过程之一。
金属热处理有多种加热方法。木炭和煤炭长期以来一直被用作热源，然后使用液体和气体燃料。电力的应用使得加热易于控制而不会造成环境污染。这些热源可用于直接加热，或通过熔融盐或金属甚至漂浮颗粒进行间接加热。
当金属被加热时，工件暴露于空气中，并且经常发生氧化和脱碳（即，钢零件表面的碳含量降低），这对钢的表面性能具有非常不利的影响。零件经过热处理。因此，金属通常应在受控气氛或保护性气氛，熔融盐和真空中加热，也可以通过涂覆或包装方法进行加热。
加热温度是热处理工艺的重要工艺参数之一。加热温度的选择和控制是确保热处理质量的主要问题。加热温度随被加工的金属材料和热处理目的而变化，但是通常将其加热到相变温度以上以获得高温结构。另外，转换需要时间。因此，当金属工件的表面达到所需的加热温度时，必须将其保持在该温度下，以达到相同的内部和外部温度，以完成微观结构的转变。此时间称为保持时间。当使用高能量密度加热和表面热处理时，加热速度快并且通常没有保持时间，而化学热处理的保持时间通常更长。
冷却也是热处理过程中必不可少的步骤。热处理工艺的冷却方法因工艺而异，主要是为了控制冷却速率。通常，退火的冷却速率较慢，正火的冷却速率较快，淬火的冷却速率较快。但是，由于钢种不同，存在不同的要求。例如，中空硬钢可以以与正火相同的冷却速率淬火。
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。根据加热介质，加热温度和冷却方法的不同，每个类别可以分为几种不同的热处理工艺。相同的金属使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。钢是工业中广泛使用的金属，钢的微观结构也很复杂，因此钢的热处理工艺类型很多。
