عملیات حرارتی انواع مختلفی داشته و هر کدام اثرات ریز ساختاری متفاوتی دارد. عنوان هایی که از نظر علمی و تکنیکی برای فرایندهای مختلف عملیات حرارتی به کار می رود، مناسب است اما در بعضی موارد به دلیل اینکه یک نوع عملیات حرارتی برای هدف های مختلف انجام می شود، تناسبی بین عملیات حرارتی و روند آن وجود ندارد. مثلا؛ عملیات تنش گیری(Stress relieving)  و برگشت (Temper) هر دو با تجهیزات مشابه و پروسه های یکسان از نظر دما و زمان انجام می شود، ولی هدف از انجام آنها متفاوت است.

کل فرایندهای عملیات حرارتی از نظر نوع ماده به دودسته آهنی و غیرآهنی تقسیم می شود، که آهنی ها شامل فولاد و چدن و غیر آهنی ها شامل آلیاژهای آلومینیوم، منیزیم، تیتانیوم، مس و موارد دیگر می باشد.