به مجموعه عملیاتی که به کمک آن ها بتوان خواص مکانیکی مورد نظر برای فلزات و آلیاژها به دست آورد، عملیات حرارتی گویند. به دیگر سخن، عملیات حرارتی به یک سری از عملیات گرم و سرد کردن با سرعت های متفاوت و کنترل شده گفته می شود که به منظور به دست آوردن خواص معین بر روی مواد، برای ایجاد تغییراتی در ساختار آن هاست. اغلب عملیات های حرارتی بیشتر بر طبق اهداف صنعتی مورد نظر نامگذاری می شوند؛ مانند سخت کردن، نرم کردن، تنش زدایی و غیره. هدف عملیات حرارتی در رسیدن به اندازه دانه های معین و با موقعیت‌های منظم و جهتدار کریستالی است. امروزه عملیات حرارتی یکی از مهم ترین و حساس ترین فرآیندهای متالورژی محسوب می شود که بر روی فولادها، چدن ها و فلزات غیرآهنی صورت می گیرد. در طی این فرآیند می توان خواص فلزات و آلیاژها را به منظور کسب خواص موردنظر و طی مراحلی تحت عملیات مناسب حرارت‌دهی و سردکاری قرار داد. در مقایسه با فلزات غیرآهنی و چدن ها، بیش از 90% عملیات حرارتی انجام شده در دنیا بر روی فولاد است.