真空退火是一種熱處理工藝，其作用包括改善或消除金屬在加工過程中產生的組織缺陷和殘餘應力，防止工件變形和開裂，軟化工件以便進行切削加工，細化晶粒，改善組織以提高工件的機械性能，為最終的熱處理（如淬火、回火）做組織準備。
此外，真空退火還有其特殊作用，如提高工件表面的光亮度，適用於某些與氣體親和力較強的金屬（如鈦、鉬、鈮、鋯等），提高工具、模具和精密器件的使用壽命，軟化不鏽鋼製品以便進行連續光亮退火、固溶、退磁處理，處理後的產品表面光潔、不氧化、不脫碳、無滲碳，能去除工件表面的磷屑，並有脫脂除氣等作用。
真空退火過程中還可能發生脫碳作用，即金屬中的碳元素被還原並釋放出來，從而改善材料的機械性能和耐腐蝕性能。