熱處理的原理主要涉及以下幾個方面：
固態相變：當材料在固態下被加熱時，其晶體結構和晶粒大小會發生變化，進而改變材料的力學性能和物理性質。例如，鋼在加熱到一定溫度時，其組織結構會從晶粒細小的馬氏體轉變爲晶粒較大的奧氏體，這樣可以改善鋼的強度和韌性。
熱機械處理：在高溫下對材料進行塑性變形，然後再通過快速冷卻來固定材料的組織結構。這種處理方式可以使材料產生細小、均勻的晶粒，提高材料的強度和韌性。
熱化學處理：將材料在特定的溫度和氣氛下進行處理，通過化學反應來改變材料的組織結構和化學成分。例如，鋁合金可以通過高溫下的固溶處理和低溫下的時效處理，使其產生合適的析出相，從而提高其強度和韌性。
加熱和冷卻處理：加熱使晶粒長大，獲得良好的塑性、延展性和韌性；冷卻可以使晶體的微觀結構更加均勻，從而獲得更優越的強度和硬度。
綜上所述，熱處理是通過加熱、保溫和冷卻的手段，改變材料的微結構和力學性能，以獲得預期組織和性能的一種金屬熱加工工藝。