鋼經熱處理后性能之所以發生重大的變化，是由于經過不同的加熱和冷卻過程，鋼的組織結構發生了變化。因此，要制定正確的熱處理工藝規范，保證熱處理質量，必須了解鋼在不同加熱和冷卻條件下的組織變化規律，這就是熱處理的原理。

鋼為什么可以進行熱處理？是不是所有的金屬材料都能進行熱處理呢？這個問題與合金相圖有關。原則上只有在加熱或冷卻時發生固溶度顯著變化或者發生類似純鐵的同素異構轉變，即有固態相變發生的合金才能進行熱處理。純金屬、某些單相合金等不能用熱處理強化，只能采用加工硬化的方法。因為鋼具有共析轉變這一重要特性，像純鐵具有同素異構轉變一樣，所以能進行熱處理。但是鐵碳相圖反映的是熱力學上近于平衡時鐵碳合金的組織狀態與溫度及合金成分之間的關系。A1線、A3線和Acm線是鋼在緩慢加熱和冷卻過程中組織轉變的臨界點。實際上，鋼進行熱處理時其組織轉變并不按照鐵碳相圖上所示的平衡溫度進行，通常都有不同程度的滯后現象。加熱或冷卻速度越快，則滯后現象越嚴重。