Proces obróbki cieplnej na ogół obejmuje ogrzewanie, izolację, trzy procesy chłodzenia, czasami ma tylko dwa procesy ogrzewania i chłodzenia. Te procesy są ze sobą powiązane i nie można ich przerwać. Ogrzewanie jest jednym z ważnych procesów obróbki cieplnej. Istnieje wiele środków grzewczych do obróbki cieplnej metali, które najwcześniej przyjmują węgiel drzewny i węgiel jako źródło ciepła, a następnie wykorzystują paliwo ciekłe i gazowe. Zastosowanie energii elektrycznej sprawia, że ogrzewaniem można łatwo sterować bez zanieczyszczania środowiska. Te źródła ciepła mogą być wykorzystywane do bezpośredniego ogrzewania lub poprzez stopioną sól lub złoto, a nawet pływające cząstki do ogrzewania pośredniego. Gdy metal jest podgrzewany, przedmiot obrabiany jest wystawiony na działanie powietrza, często dochodzi do utleniania i odwęglania (czyli zmniejsza się zawartość węgla na powierzchni części stalowej), co ma bardzo niekorzystny wpływ na właściwości powierzchniowe części po obróbce cieplnej. Dlatego metale powinny być zwykle podgrzewane w kontrolowanej atmosferze lub atmosferze ochronnej, stopionej soli i próżni, a także mogą być zabezpieczane metodami powlekania lub pakowania. Temperatura nagrzewania jest jednym z ważnych parametrów technologicznych procesu obróbki cieplnej, dobiera i kontroluje temperaturę nagrzewania oraz jest przedmiotem gwarantującym jakość obróbki cieplnej. Temperatura ogrzewania jest różna i różna w zależności od przetwarzanego materiału metalicznego i celu obróbki cieplnej, ale generalnie wszystko należy ogrzać do temperatury wyższej niż temperatura przemiany, aby uzyskać mikrostrukturę o wysokiej temperaturze. Ponadto przemiana zajmuje pewien czas, więc gdy powierzchnia metalowego przedmiotu osiągnie wymaganą temperaturę ogrzewania, należy ją utrzymywać w tej temperaturze przez określony czas, aby temperatury wewnętrzne i zewnętrzne były spójne i zakończyć transformacja mikrostruktury. Ten okres czasu nazywany jest czasem przetrzymywania. Przyjmując do obsługi ogrzewanie o wysokiej gęstości energii i ciepło powierzchniowe, szybkość ogrzewania jest niezwykle szybka i generalnie po prostu nie ma czasu namaczania, a czas namaczania obróbki cieplno-chemicznej jest często dłuższy.
Chłodzenie jest również nieodzownym etapem w procesie obróbki cieplnej. Metoda chłodzenia jest inna ze względu na różne procesy, głównie w celu kontrolowania szybkości chłodzenia. Ogólna prędkość chłodzenia przy wyżarzaniu jest najwolniejsza, prędkość normalizacji chłodzenia jest bardzo szybka, a szybkość chłodzenia chłodzenia jest szybsza. Istnieją jednak różne wymagania ze względu na różne rodzaje stali. Na przykład pusta twarda stal może być hartowana z taką samą szybkością chłodzenia jak normalizacja.
