熱處理最基本的原理是利用原子隨溫度改變活動能力，而在原子活動過程中關係到新相形成和去除內應力。 第一種熱處理髮生相變，一般相變的產生相和原來相在硬度和韌性相反，而這當中熱處理是要根據所需材料效能進行選擇。沒有相變的金屬就不能進行這種熱處理。 第二種熱處理是因為鑄造件和澆注錠或鋼錠的凝固過程會產生3種內應力有巨集觀內應力、微觀內應力和晶格畸變，而將金屬加熱一段時間讓原子足夠時間移動來消除內應力。這種熱處理有時候成本和花費時間較多，對工作應力要求低的材料都不進行這種熱處理。 另外熱加工的工件表面有氧化層，熱加工後的工件一般都要再進行表面加工，如果工件沒有加工餘量，也不能進行熱處理。
