热处理加工分为加热、保温，冷却三个过程，有时只有加热、保温两个过程。这两个过程相互联系，不能中断。

加热是一种重要的热处理工艺。金属通常应该在保护气氛下，加热温度的选择与控制对保证热处理质量至关重要。加热温度因热处理的金属材料和热处理目的不同而不同，通常将其加热到转变温度以上。此外，组织转换需要一定的时间，所以当热处理工件表面达到所要求的加热温度时，还必须在该温度下维持一定时间，使内外温度一致，使微观组织完全转变，这个时间叫做保温时间。

在热处理工艺过程中，冷却也是必不可少的环节，冷却方法因工艺不同而不同，主要是控制冷却速度。通常情况下，退火速度最慢，正火冷却速度快，淬火冷却快。但是也因钢种的不同而有不同的要求。

金属热处理加工过程大致可分为整体、表面及化学热处理三种。每一大类又根据加热介质、加热温度，冷却方式不同，可以分为几种不同的热处理工艺。相同的金属，用不同的热处理工艺可以得到不同的组织，因而具有不同的性能。钢是工业上使用最广泛的金属，其微观结构也最复杂，所以钢铁的热处理工艺多种多样。