Человек использует термическую обработку металлов с древнейших времен. Как полагают ученые, закалка в воде железных изделий применялась уже примерно на рубеже II и I тысячелетий до н. э. Закалка — один из видов термической обработки металла, которая заключается в нагреве его до определенной температуры, выдержке при этой температуре и последующем охлаждении. В «Одиссее» древнегреческого поэта Гомера есть такие строки: «Как погружает кузнец раскаленный топор иль секиру в воду холодную — крепче железо бывает, в огне и воде закаляясь».
До середины XIX в. знания человека о термической обработке металлов представляли собой совокупность рецептов, выработанных на основе многовекового опыта. Лишь после того как в 1868 г. русский ученый Д. К. Чернов обнаружил, что в процессе охлаждения нагретой стали в ней при определенных температурах происходят структурные превращения, стало возможным научное обоснование термической обработки металлов.
Помимо закалки существуют и другие виды термообработки: отжиг, старение и отпуск. Все эти виды термической обработки различаются между собой главным образом температурой нагрева металла, временем выдержки и скоростью охлаждения. В зависимости от этого металл претерпевает те или иные структурные превращения: перестраивается кристаллическая решетка (см. Металлы), меняются ее параметры, одни структурные составляющие переходят в другие.
Эти изменения и обеспечивают получение металла с нужными свойствами. Интересно, что так называемый смягчающий отжиг (нагрев откованных медных изделий для снятия напряжений, возникших в металле в процессе ковки) стал применяться человеком гораздо раньше, чем закалка, — еще в конце V тысячелетия до н. э.
Основная цель отжига, старения и отпуска металлов — достижение оптимального сочетания их прочности, пластичности и ударной вязкости.
Термическая обработка металлов может дополниться другими видами воздействия. При термомагнитной обработке металлические изделия охлаждают в магнитном поле, благодаря чему улучшаются их некоторые магнитные свойства. Термомеханическая обработка металла сочетает тепловое воздействие и пластическую деформацию, а химико-термическая — тепловое и химическое воздействие.