金屬熱處理工藝一般包括加熱 、保溫 、冷卻三個過程 ，有時隻有加熱和冷卻兩個過程 。這些過程互相銜接 ，不可間斷 。加熱是熱處理的重要工序之一 。金屬熱處理的加熱方法很多 ，早是采用木炭和煤作為熱源 ，進而應用液體和氣體燃料 。電的應用使加熱易於控製 ，且無環境汙染 。利用這些熱源可以直接加熱 ，也可以通過熔融的鹽或金屬 ，以至浮動粒子進行間接加熱.金屬加熱時 ，工件暴露在空氣中 ，常常發生氧化 、脫碳（即鋼鐵零件表麵碳含量降低） ，這對於熱處理後零件的表麵性能有不利的影響 。因而金屬通常應在可控氣氛或保護氣氛中 、熔融鹽中和真空中加熱 ，也可用塗料或包裝方法進行保護加熱 。加熱溫度是熱處理工藝的重要工藝參數之一 ，選擇和控製加熱溫度 ，是保證熱處理質量的主要問題 。加熱溫度隨被處理的金屬材料和熱處理的目的不同而異 ，但一般都是加熱到相變溫度以上 ，以獲得高溫組織 。另外轉變需要一定的時間 ，因此當金屬工件表麵達到要求的加熱溫度時 ，還須在此溫度保持一定時間 ，使內外溫度一致 ，使顯微組織轉變完全 ，這段時間稱為保溫時間 。采用高能密度加熱和表麵熱處理時 ，加熱速度極快 ，一般就沒有保溫時間 ，而化學熱處理的保溫時間往往較長 。
       冷卻也是熱處理工藝過程中不可缺少的步驟 ，冷卻方法因工藝不同而不同 ，主要是控製冷卻速度 。一般退火的冷卻速度慢 ，正火的冷卻速度較快 ，淬火的冷卻速度快 。但還因鋼種不同而有不同的要求 ，例如空硬鋼就可以用正火一樣的冷卻速度進行淬硬 。
       金屬熱處理工藝大體可分為整體熱處理 、表麵熱處理和化學熱處理三大類 。根據加熱介質 、加熱溫度和冷卻方法的不同 ，每一大類又可區分為若幹不同的熱處理工藝 。同一種金屬采用不同的熱處理工藝 ，可獲得不同的組織 ，從而具有不同的性能 。鋼鐵是工業上應用廣的金屬 ，而且鋼鐵顯微組織也為複雜 ，因此鋼鐵熱處理工藝種類繁多 。整體熱處理是對工件整體加熱 ，然後以適當的速度冷卻 ，以改變其整體力學性能的金屬熱處理工藝。
       鋼鐵整體熱處理大致有退火 、正火 、淬火和回火四種基本工藝 。退火是將工件加熱到適當溫度 ，根據材料和工件尺寸采用不同的保溫時間 ，然後進行緩慢冷卻 ，目的是使金屬內部組織達到或接近平衡狀態 ，獲得良好的工藝性能和使用性能 ，或者為進一步淬火作組織準備 。正火是將工件加熱到適宜的溫度後在空氣中冷卻 ，正火的效果同退火相似 ，隻是得到的組織細 ，常用於改善材料的切削性能 ，也有時用於對一些要求不高的零件作為熱處理 。
       淬火是將工件加熱保溫後 ，在水 、油或其它無機鹽 、有機水溶液等淬冷介質中快速冷卻 。淬火後鋼件變硬，但同時變脆 。為了降低鋼件的脆性 ，將淬火後的鋼件在高於室溫而低於650℃的某一適當溫度進行長時間的保溫 ，再進行冷卻 ，這種工藝稱為回火 。退火 、正火 、淬火 、回火是整體熱處理中的“四把火” ，其中的淬火與回火關係密切 ，常常配合使用 ，缺一不可 。“四把火”隨著加熱溫度和冷卻方式的不同 ，又演變出不同的熱處理工藝 。為了獲得一定的強度和韌性 ，把淬火和高溫回火結合起來的工藝 ，稱為調質 。某些合金淬火形成過飽固溶體後 ，將其置於室溫或稍高的適當溫度下保持較長時間 ，以提高合金的硬度 、強度或電性磁性等 。這樣的熱處理工藝稱為時效處理。