المعالجة الحرارية مجموعة عمليات صناعية تجرى على المعادن والمواد الهندسية بالتحكم في التسخين والتبريد لتحسين خواصها أو تسهيل تصنيعها. ارتبطت هذه المعالجات خصوصاً بصناعة الصلب والفلزات، لأنها قادرة على تعديل البنية البلورية والخواص الميكانيكية مثل الصلادة والمتانة والقابلية للتشكيل. تشمل العمليات إزالة الإجهادات، وإعادة التبلور، والتطرية، والمجانسة، والتقسية، والمعالجات السطحية والكيميائية الحرارية، وتختلف شروطها بحسب نوع المعدن والخليطة والغرض من الاستخدام. تمثل المعالجة الحرارية حلقة مهمة بين علم المواد والصناعة، لأنها تمنح القطع المعدنية خصائص ملائمة للعمل تحت ظروف مختلفة.