金屬熱處理是一種改變金屬工件內部組織結構的工藝方法，通過在特定的介質中加熱工件至適宜的溫度並保持一段時間，然後以不同的速度冷卻，從而控制其性能。
金屬熱處理主要分爲整體熱處理、表面熱處理和化學熱處理三大類，根據加熱介質、溫度和冷卻方法的不同，每一大類又可以細分爲多種不同的熱處理工藝。這種工藝在機械製造中非常重要，它不改變工件的形狀和整體的化學成分，而是通過改變工件內部的顯微組織或表面化學成分來賦予或改善工件的使用性能。例如，正火是將工件加熱至Ac3（奧氏體化終了溫度）以上30~50℃，保溫一段時間後，在空氣中或通過噴水、噴霧或風冷的方式冷卻，以此來改善工件的力學性能。