热处理是一种工业过程，主要用于改变固态材料的物理和化学特性，以达到预期的性能要求。这一过程通常包括加热、保温和冷却这三个主要步骤，有时仅有加热和冷却两个步骤。通过热处理，可以控制金属材料的微观结构，进而影响其机械性能，如硬度、强度、韧性、延展性和弹性等。
热处理在冶金工业中应用广泛，也用于制造玻璃等其他材料。例如，通过热处理，可以将白口铸铁转变为可锻铸铁，提高其塑性，或者改善齿轮的使用寿命。此外，热处理还可以用于改善毛坯的组织和应力状态，为冷、热加工创造有利条件。
热处理工艺的种类繁多，主要包括整体热处理、表面热处理和化学热处理。整体热处理通过对工件整体加热后冷却，改变其力学性能，常见工艺有退火、正火、淬火和回火。表面热处理仅加热工件表层，以改变其表层力学性能，常见方法有火焰淬火和感应加热热处理。化学热处理则是通过改变工件表层的化学成分和组织来获得所需性能，常见方法有渗碳、渗氮、渗金属等。
热处理技术的发展历史悠久，早在公元前的中国就已经开始利用温度和压力改变钢铁的性能。随着工业革命的到来和电力技术的应用，现代热处理技术得到了快速发展和广泛应用。