Le traitement thermique consiste en un réchauffement de la température d'austénitisation, suivi d'un refroidissement brutal (trempe) correspondant au matériau et aux propriétés requises. Les températures d'austénitisation varient selon la composition de l'acier entre 800 °C et 900 °C. Après le procédé de trempe, un autre traitement thermique s'ensuit dans des installations séparées, à savoir le revenu. Si le revenu est effectué à plus de 350 °C, il ne s'agit plus de trempe et de revenu, mais de traitement thermique. L'objectif du traitement thermique est d'obtenir une structure homogène avec une résistance plus importante et une ténacité élevée.

Si les propriétés mécaniques d'un composant traité thermiquement ne suffisent pas à satisfaire aux exigences du composant, un deuxième traitement thermique, en général thermochimique, tel que la cémentation ou la nitruration, est effectué entre le pré-usinage mécanique et le finissage.