Toplinska obrada čelika odvija se kroz niz procesnih koraka kao što su zagrijavanje, očuvanje topline, hlađenje itd., tako da se mijenja organizacija čelične strukture, kako bi se postigla svrha poboljšanja svojstava čelika. Konkretno, toplinska obrada može se podijeliti u sljedeće korake:
a. Zagrijavanje: čelik se zagrijava do određene temperature, tako da dostigne odgovarajuće organizacijsko stanje. Obično ovu temperaturu treba odrediti u faznom dijagramu čelika kako bi se osiguralo da čelik u procesu zagrijavanja ne dobije toplinske pukotine ili druge nedostatke.
b. Održavanje: Nakon što se čelik zagrije na zadanu temperaturu, potrebno je određeno vrijeme držanja kako bi se osiguralo da unutarnji dijelovi čelika postignu odgovarajuće organizacijsko stanje.
c. Hlađenje: Odmah nakon isteka vremena držanja koristi se određena metoda hlađenja za hlađenje čelika na sobnu temperaturu. Različite metode hlađenja dovest će do različitih organizacijskih stanja i svojstava.
