Xử lý nhiệt là phương pháp xử lý nhằm tăng cường đặc tính và độ cứng bề mặt của vật liệu nhờ áp dụng quá trình thay đổi cấu trúc do nung nóng và làm nguội kim loại có thành phần các-bon (chủ yếu là thép).
Phương pháp xử lý nhiệt tiêu biểu là: ủ, thường hóa, tôi và ram, có thể làm vật liệu thép cứng lên hoặc mềm đi.