热处理工艺一般包括加热、保温、冷却三个过程，其中加热是为了让珠光体向奥氏体转变，保温是完全奥氏体化，冷却方法因工艺不同而不同，主要是控制冷却速度，因冷却速度不同而分别转变为珠光体、贝氏体、马氏体或混合***。通常淬火时希望得到马氏体，淬火之后进行回火时根据回火温度的不同分别得到回火马氏体（低溫）、托氏体（屈氏体，中溫）、索氏体（高温）。基本反映了共析钢在不同温度下转变需要的孕育时间和转变完成时间及其转变产物。

冷却也是热处理工艺过程中不可缺少的步骤，冷却方法因工艺不同而不同，主要是控制冷却速度。一般退火的冷却速度慢，正火的冷却速度较快，淬火的冷却速度更快。但还因钢种不同而有不同的要求，例如空硬钢就可以用正火一样的冷却速度进行淬硬。整体热处理是对工件整体加热，然后以适当的速度冷却，以改变其整体力学性能的金属热处理工艺。钢铁整体热处理大致有退火、正火、淬火和回火四种基本工艺。

“四把火”随着加热温度和冷却方式的不同，又演变出不同的热处理工艺。为了获得一定的强度和韧性，把淬火和高温回火结合起来的工艺，称为调质。某些合金淬火形成过饱和固溶体后，将其置于室温或稍高的适当温度下保持较长时间，以提高合金的硬度、强度或电性磁性等。这样的热处理工艺称为时效处理。

把压力加工形变与热处理有效而紧密地结合起来进行，使工件获得很好的强度、韧性配合的方法称为形变热处理；在负压气氛或真空中进行的热处理称为真空热处理，它不仅能使工件不氧化，不脱碳，保持处理后工件表面光洁，提高工件的性能，还可以通入渗剂进行化学热处理。