Proces toplinske obrade općenito uključuje grijanje, izolaciju, tri procesa hlađenja, ponekad ima samo dva procesa grijanja i hlađenja. Ovi procesi su međusobno povezani i ne mogu se prekinuti. Zagrijavanje je jedan od važnih procesa toplinske obrade. Sredstva za zagrijavanje metala toplinskom obradom su mnoga, najranije su usvojila ugljen i ugljen kao toplinski izvor, a zatim koristila tekuće i gezino gorivo. Primjenom električne energije grijanje je lako kontrolirati bez zagađenja okoliša. Ovi izvori topline mogu se koristiti za izravno zagrijavanje, ili putem rastaljene soli ili zlata, ili čak plutajućih čestica za neizravno zagrijavanje. Zagrijavanjem metala izradak je izložen zraku te često dolazi do oksidacije i deugljičenja (odnosno smanjuje se sadržaj ugljika na površini čeličnog dijela), što vrlo nepovoljno utječe na svojstva površine. dijelovi nakon toplinske obrade. Stoga se metali obično trebaju zagrijavati u kontroliranoj atmosferi ili zaštitnoj atmosferi, rastaljenoj soli i vakuumu, a mogu se također zaštititi metodama premazivanja ili pakiranja. Temperatura zagrijavanja jedan je od važnih tehnoloških parametara procesa toplinske obrade, odabire i kontrolira temperaturu zagrijavanja, te je predmet koji jamči kvalitetu toplinske obrade. Temperatura grijanja je različita i različita s obrađenim metalnim materijalom i svrhom toplinske obrade, ali općenito se sve treba zagrijati na više od temperature transformacije, kako bi se dobila mikrostruktura visoke temperature. Osim toga, transformacija traje određeno vrijeme, pa kada površina metalnog izratka dosegne potrebnu temperaturu zagrijavanja, mora se držati na toj temperaturi određeno vrijeme kako bi unutarnja i vanjska temperatura bile konzistentne i dovršili transformacija mikrostrukture. Ovo vremensko razdoblje naziva se vrijeme zadržavanja. Kada se koristi grijanje visoke gustoće energije i površinska toplina za rukovanje, brzina zagrijavanja je izuzetno brza i općenito jednostavno nema vremena namakanja, a vrijeme namakanja termo-kemijske obrade često je duže.
Hlađenje je također neizostavan korak u procesu toplinske obrade. Metoda hlađenja je različita zbog različitih procesa, uglavnom radi kontrole brzine hlađenja. Opća brzina hlađenja žarenjem je najsporija, brzina hlađenja normalizacije je vrlo brza, a brzina hlađenja kaljenja je brža. Međutim, postoje različiti zahtjevi zbog različitih vrsta čelika. Na primjer, prazan tvrdi čelik može se kaliti istom brzinom hlađenja kao i normalizacija.
