金属热处理是将金属工件放在介质中加热到适宜的温度，并在此温度中保持一段的时间后，又以不同速度冷却的一种工艺。从石器时代进展到铜器时代和铁器时代的过程中，热处理的作用逐渐被人们认识。早在公元前770年至公元前222年，在生产实践中就已发现，铜铁的性能会随温度和加压变形的影响而变化。白口铸铁的柔化处理就是制造农具的重要工艺。
          公元前六世纪，钢铁兵器逐渐被采用，为增加钢的硬度，淬火工艺便得到发展。河北省易县燕下都出土的两剑和一把戟，其显微组织中都有马氏体存在，说明其经过了淬火热处理。
          随着淬火的发展，人们逐渐发现淬冷剂对淬火质量的影响。三国蜀人蒲元曾在今陕西斜谷为诸葛亮打制3000把刀，相传是派人到成都取水淬火的。这说明在古代就注意到不同水质的冷却能力了，同时也注意了油和尿的冷却能力。
          1863年，英国金相学家和地质学家展示了钢铁在显微镜下的六种不同的金相组织，证明钢在加热和冷却时，内部会发生组织改变，钢中高温时的相在急冷时转变为一种较硬的相。法国人奥斯蒙德确立的铁的同素异构理论，以及英国人奥斯汀制定的铁碳相图，为现代热处理工艺初步奠定了理论基础。与此同时，人们还研究了在金属热处理过程中对金属的保护方法，以避免加热过程中金属的氧化和脱碳等。