将固态金属放在一定的介质中加热到特定的温度并保持一段时间后，再以不同的冷却方式冷却的工艺。热处理与其他加工工艺（如锻压、铸造、焊接、切削加工等）不同的是，它只改变金属材料的内部组织结构或表面的化学成分，就可获得所需要的使用性能，而不改变其形状和大小及整体化学成分。钢铁是工业上应用最广的金属，且其组织结构也非常复杂，因而钢铁的热处理是金属热处理的主要内容。
   早在公元前770～前222年，中国人在生产实践中发现钢铁的性能会因温度和加压变形的影响发生变化。白口铸铁的柔化处理就是制造农具的重要工艺。公元前6世纪，钢铁兵器逐渐被采用，为了提高其硬度，淬火工艺得到迅速发展。随着淬火技术的发展，人们逐渐发现淬冷剂对淬火质量的影响。中国出土的西汉中山靖王墓中的宝剑应用了渗碳工艺。1863年，英国金相学家和地质学家展示了钢铁在显微镜下的不同金相组织，证明钢在加热和冷却时，内部会发生组织改变。法国人F.奥斯蒙德确立的铁的同素异构理论以及英国人R.奥斯汀制定的铁碳相图，为现代热处理工艺奠定了理论基础。20世纪以来，金属物理的发展和其他新技术的移植应用，使金属热处理工艺得到更大发展。
   加热和冷却是热处理工艺的两个重要环节。保温的作用是使得零件内外温度趋于一致，并使晶粒均匀细化。根据热源不同，加热的方法有燃料燃烧加热法（如燃油加热、气体燃料加热、燃煤加热等）、电加热法（如加热介质电阻加热、电热元件加热、工件感应加热等）、高能量密度能源加热法（如电子束加热、激光束加热、太阳能加热等）三大类。冷却方式主要有气体冷却、液体冷却等。
   金属热处理大体上可分为整体热处理（钢铁整体热处理包括退火、正火、淬火和回火）和表面热处理（包括表面淬火和化学热处理，后者是将工件放在含碳、氮或其他合金元素的介质中加热  ，保温较长时间，从而使工件表层渗入碳、氮、硼和铬等元素）。由于同一种金属经过不同的热处理工艺后，获得的组织结构不同，其性能也不同，因而必须根据零件的使用条件、技术要求、经济合理性等，正确地选择合适的热处理工艺。