Η διαδικασία θερμικής επεξεργασίας περιλαμβάνει γενικά τρεις διαδικασίες θέρμανσης, συντήρησης θερμότητας και ψύξης, και μερικές φορές μόνο διαδικασίες θέρμανσης και ψύξης. Αυτές οι διαδικασίες συνδέονται μεταξύ τους και δεν μπορούν να διακόπτονται. Η θέρμανση είναι μια από τις σημαντικές διαδικασίες θερμικής επεξεργασίας. Υπάρχουν πολλές μέθοδοι θέρμανσης για θερμική επεξεργασία μετάλλων. Η συντομότερη χρήση άνθρακα και άνθρακα ως πηγές θερμότητας οδήγησε στη χρήση υγρών και αερίων καυσίμων. Η εφαρμογή του ηλεκτρικού ρεύματος καθιστά την θέρμανση εύκολη στον έλεγχο και χωρίς περιβαλλοντική ρύπανση. Αυτές οι πηγές θερμότητας μπορούν να χρησιμοποιηθούν για άμεση θέρμανση, καθώς και για έμμεση θέρμανση μέσω τετηγμένων αλάτων ή μετάλλων καθώς και επιπλεόντων σωματιδίων.
Όταν θερμαίνεται η μεταλλική θερμική επεξεργασία, το τεμάχιο εργασίας εκτίθεται στον αέρα και συχνά παρατηρείται οξείδωση και αφυδάτωση (δηλαδή μειώνεται η περιεκτικότητα του άνθρακα στην επιφάνεια του χαλύβδινου τμήματος), πράγμα που έχει δυσμενή επίδραση στις επιφανειακές ιδιότητες του θερμο- επεξεργασμένα μέρη. Έτσι τα μέταλλα γενικά θα πρέπει να θερμαίνονται σε ελεγχόμενες ατμόσφαιρες ή προστατευτικές ατμόσφαιρες, σε τετηγμένα άλατα και σε κενό, αλλά επίσης να προστατεύονται από επικαλύψεις ή μεθόδους συσκευασίας.