תהליך טיפול תרמי כולל בדרך כלל חימום, בידוד, שלושה תהליכי קירור, יש רק שני תהליכים של חימום וקירור לפעמים. תהליכים אלו קשורים זה בזה ואינם ניתנים להפסקה. חימום הוא אחד התהליכים החשובים של טיפול בחום. אמצעי החימום של טיפול חום מתכתי הם רבים, הם הראשונים לאמץ פחם ופחם כמקור תרמי, ולאחר מכן באמצעות דלק נוזלי וגז. הפעלת החשמל הופכת את החימום לקל לשליטה ללא זיהום סביבתי. ניתן להשתמש במקורות חום אלו לחימום ישיר, או באמצעות מלח מותך או זהב, או אפילו חלקיקים צפים לחימום עקיף. כאשר המתכת מחוממת, חומר העבודה נחשף לאוויר, ולעתים קרובות מתרחשים חמצון ושחרור פחמן (כלומר, תכולת הפחמן על פני חלק הפלדה מצטמצמת), מה שיש לו השפעה שלילית מאוד על תכונות פני השטח של חלקים לאחר טיפול בחום. לכן, יש לחמם מתכות בדרך כלל באווירה מבוקרת או באווירה מגוננת, במלח מותך ובוואקום, וניתן להגן עליהן גם בשיטות ציפוי או אריזה. טמפרטורת החימום היא אחד הפרמטרים הטכנולוגיים החשובים בתהליך טיפול בחום, בוחרת ושולטת בטמפרטורת החימום, והיא הנושא המבטיח איכות טיפול בחום. טמפרטורת החימום שונה ושונה עם חומר מתכתי מעובד ומטרת הטיפול בחום, אך בדרך כלל הכל יחומם ליותר מטמפרטורת הטרנספורמציה, כדי לקבל מבנה מיקרו בטמפרטורה גבוהה. בנוסף, הטרנספורמציה לוקחת פרק זמן מסוים, ולכן כאשר פני השטח של חומר העבודה המתכתי מגיעים לטמפרטורת החימום הנדרשת, יש לשמור אותו בטמפרטורה זו למשך פרק זמן מסוים כדי להפוך את הטמפרטורות הפנימיות והחיצוניות לעקביות ולהשלים את טרנספורמציה של מיקרו-מבנה. פרק זמן זה נקרא זמן החזקה. כאשר מאמצים חימום בצפיפות אנרגיה גבוהה וחום משטח לטיפול, קצב החימום מהיר במיוחד, ובדרך כלל פשוט אין להם זמן השרייה, וזמן ההשריה של טיפול תרמו-כימי ארוך יותר.
קירור הוא גם שלב הכרחי בתהליך הטיפול בחום. שיטת הקירור שונה עקב תהליכים שונים, בעיקר כדי לשלוט בקצב הקירור. מהירות חישול כללית של קירור היא האיטית ביותר, מהירות הנורמליזציה של הקירור היא מהירה מאוד, ומהירות ההמרה של הקירור מהירה יותר. עם זאת, ישנן דרישות שונות עקב סוגי פלדה שונים. לדוגמה, ניתן להקשיח פלדה קשיחה ריקה באותו קצב קירור כמו נורמליזציה.
