عملیات حرارتی اصولا شامل حرارت دادن و سرد کردن یک ماده برای به دست آوردن یک مجموعه مناسب و مطلوب از خواص فیزیکی و مکانیکی است.
خواص مواد به ساختار آن ها وابسته است. ساختار در مقیاس های مختلف شامل ماکروساختار، ریزساختار، نانوساختار، ساختار کریستالی یا ساختار اتمی است. به طور کلی، با عملیات حرارتی فلزات و آلیاژها می توان ریزساختار آن ها را تغییر داد. عملیات حرارتی برنامه ریزی شده بر تغییرات تغییرات مطلوب در ساختار نواقص کریستال های فلزی تاثیر می گذارد. در حین عملیات حرارتی، فلزات و آلیاژها تحت تغییر در ساختار کریستالی (استحاله فازی)، تغییر در ترکیب شیمیایی و تغییر در میزان نظم قرار می گیرند که به سیستم آلیاژی بستگی دارد. این تغییرات به صورت منفرد یا ترکیبی رخ می دهد. به هر حال، این اغییرات تاثیر مستقیمی بر خواص ماده دارد. همچنین، حتی دیده شده است که بدون تغییرات بیان شده، عملیات حرارتی می تواند خواص مطلوبی در مواد از طریق تغییر ساختار فرعی آن ها ایجاد کند.
