Obróbka cieplna metali to szereg zabiegów termicznych, które mają doprowadzić do zmiany struktury stopów i ich właściwości chemicznych, fizycznych oraz mechanicznych. Obróbkę termiczną stosuje się przede wszystkim do pracy ze stalą. Jest ona bowiem najbardziej podatna na tego rodzaju działania. Do obróbki cieplnej zalicza się wyżarzanie, hartowanie, odpuszczanie, ulepszanie cieplne, przesycanie i stabilizowanie.
Obróbka cieplna jest bardzo skuteczną techniką pracy z przedmiotami metalowymi. Wynika to z wpływu wysokiej temperatury na obrabiany przedmiot. Obróbka cieplna bardzo często jest łączona z elementami obróbki mechanicznej oraz chemicznej jako zabieg międzyoperacyjny. Materiał wówczas staje się niezwykle plastyczny a dzięki temu możliwe jest osiągnięcie praktycznie każdego kształtu i rozmiaru. Standardowo procesy termiczne odbywają wewnątrz specjalnie przystosowanych do tego pieców.
Obecnie obróbka cieplna jest bardzo popularną metodą na zmianę właściwości materiałów metalowych. Stosuje się ją w wielu gałęziach przemysłu. Jest obecna wszędzie tam, gdzie potrzebna jest szybka i skuteczna obróbka metalu.