Metal ve alaşımlarının, faz diyagramlarına bağlı olarak ergime sıcaklığının altındaki  sıcaklıklarda uygulanan farklı işlemlerle istenilen mekanik özellik ve iç yapıların elde  edilmesine ısıl işlem denir.

• Isıl işlem; bir malzemenin özelliklerini ve/veya içyapısını değiştirmek amacıyla, o malzemeye belli bir sıcaklık-zaman
programı dahilinde uygulanan bir ısıtma ve soğutma işlemleri  sırasıdır.
• Diğer bir deyişle; içyapı ve özellikler bakımından belirli bir durumu  elde etmek üzere, malzemenin solidüs (katılaşma) sıcaklığının
altında uygun sıra ve süre ile ısıtılıp soğutulmasına ısıl işlem denir.
• İşlem sırasında, ortamın etkisiyle (örneğin karbonlamada ve  nitrürleme işleminde olduğu gibi) çeliğin kimyasal bileşimi değişir