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。这些过程相互连接而不会中断。加热是金属热处理的重要过程之一。
金属热处理的加热方法很多，最早的是使用木炭和煤作为热源，然后使用液体和气体作为燃料。电力的应用使得加热易于控制而不会造成环境污染。这些热源可以用于直接加热，也可以被熔融盐或金属甚至漂浮的颗粒间接加热。
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，钢部件表面的碳含量降低），这对金属的表面性能有非常不利的影响。热处理后的零件。因此，金属通常应在受控气氛或保护性气氛中，在熔融盐中和真空中加热，并且也可以通过涂覆或包装方法进行保护和加热。
加热温度是热处理工艺的重要工艺参数之一。选择和控制加热温度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的目的而变化，但是通常将其加热到相变温度以上以获得高温结构。另外，转换需要一定的时间。因此，当金属工件的表面达到所需的加热温度时，还必须在该温度下保持一定的时间，以使内部和外部温度保持一致，并完成显微组织的转变。该时间段称为保持时间。当使用高能量密度加热和表面热处理时，加热速度极快，通常没有保持时间，化学热处理的保持时间通常较长。
冷却也是热处理过程中必不可少的步骤。冷却方法因工艺而异，主要是为了控制冷却速度。通常，退火的冷却速率最慢，正火的冷却速率更快，淬火的冷却速率更快。但是，由于钢的类型不同，存在不同的要求。例如，可以使用与正火相同的冷却速率来硬化空气硬化钢。
