根據加熱、冷卻方式的不同及組織、性能變化特點的不同，熱處理可以分為下列幾類：

普通熱處理，包括退火、正火、淬火和回火等。

表面熱處理，包括感應加熱表面淬火、火焰加熱表面淬火、電接觸加熱表面淬火、滲碳、氮化和碳氮共滲等。

其它熱處理，包括可控氣氛熱處理、真空熱處理和形變熱處理等。

按照熱處理在零件生產過程中的位置和作用不同，熱處理工藝還可分為預備熱處理和最終熱處理。預備熱處理是零件加工過程中的一道中間工序（也稱為中間熱處理），其目的是改善鍛、鑄毛坯件組織、消除應力，為后續的機加工或進一步的熱處理作準備。最終熱處理是零件加工的最終工序，其目的是使經過成型工藝達到要求的形狀和尺寸后的零件的性能達到所需要的使用性能。