時效硬化是一種材料科學中的現象，主要指合金或鋼材在經過特定處理後，其強度和硬度隨時間而增加的過程。
時效硬化通常發生在合金經過固溶熱處理或冷塑性形變後，在室溫或略高於室溫的條件下，其性能隨時間發生變化。這一過程可能自然發生，例如某些合金在長期使用或存儲過程中逐漸變硬；也可能通過人工控制，如通過加熱和冷卻條件的調整來加速時效硬化的過程。
時效硬化的原因在於，在時效處理過程中，過飽和固溶體中會發生沉澱偏析、有序化等反應，這些反應增加了位錯運動的阻力，從而提高了合金的強度和硬度。在工業上，時效硬化具有重大的實際意義，許多合金都是根據這一現象設計的，例如硬鋁（一種Al-Cu-Mg系合金）和沉澱硬化型不鏽鋼等。
此外，時效硬化也可能導致材料的塑性和韌性下降。