熱處理技術可以分為三大類：一般熱處理、化學熱處理與形變熱處理。
一般熱處理是單純利用溫度變化改善金屬的組織與性能的熱處理方法。包括：①退火。即把金屬加熱到臨界點以上溫度，獲得高溫相，然后緩慢冷卻，使金屬在接近平衡的條件下發生固態相變，以改善金屬在凝固、范性形變、焊接或以前的熱處理過程中產生的組織；也可以把金屬加熱到不發生相變的溫度，使金屬得以消除內應力，或使經受冷變形的金屬發生回復和再結晶。退火是使金屬內部組織趨近于平衡狀態的熱處理。若在獲得高溫相后以中速冷卻，使金屬獲得比退火組織較細的組織，以達到與退火相似的效果，同時起著提高性能的作用，則稱為正火。②淬火。把金屬加熱到臨界點以上溫度，獲得高溫相，然后急劇冷卻，獲得不平衡組織，以保持高溫相或形成亞穩相，借以利用高溫相的良好性能，并為下一步熱處理作準備。如在高溫下只發生二相溶解（基體不發生相變），然后急冷，將高溫固溶狀態保留到室溫。則稱為固溶熱處理。③回火。淬火的后繼處理，把淬火后的不平衡組織，加熱到臨界點以下溫度，使金屬重新趨近于平衡的組織；并且控制相變的進程，使金屬獲得合宜的組織和性能。經固溶處理后在室溫或通過加熱到某個較低溫度以促進二相脫溶的工藝，則稱為“時效處理”。
化學熱處理利用金屬中的擴散和合金相的形成等規律，使金屬在特定的可控介質中，從表面滲入不同元素，改變金屬表面層的化學成分和組織結構，并可在隨后的熱處理中使金屬發生所需要的相變，以改善其化學、物理或力學性能的方法。通常滲入的元素有：碳、氮、硼、氧、硫、鋁、鉻、硅、釩、鈦等，也可以同時滲入多種元素。化學熱處理可以在氣態、液態或固態介質中進行。
形變熱處理在金屬塑性加工過程中，利用金屬范性形變與相變規律，形變與相變的動態交互作用，控制金屬內部的組織，提高其綜合性能。目前重要的工藝發展有控制軋制和鍛后余熱淬火。這些工藝既提高金屬的性能，又降低能源消耗。
