Le terme traitement thermique désigne depuis le XIXème siècle un ensemble d'opérations effectué sur des pièces métalliques, et qui comprend un chauffage suivi d'un maintien isotherme, puis un refroidissement plus ou moins rapide jusqu'à la température ambiante. Les paramètres (temps, température,...) varient en fonction des températures pour lesquelles la structure du matériau se modifie. Les courbes de suivi se représentent facilement à l'aide d'un graphique.

Les traitements thermiques ont pour objectif de conférer à l'acier des propriétés particulières adaptées à sa mise en œuvre ou à son utilisation. Les traitements thermiques peuvent être classés en deux types de traitements : les traitements d'équilibre, regroupant le traitement d'homogénéisation ainsi que le recuit, et les traitements hors équilibre, dans lesquels nous trouvons la trempe, le revenu et le durcissement structural.

Les effets des traitements thermiques sont variés et permettent de modifier les caractéristiques et les propriétés des aciers.