將工件加熱到適當溫度，保溫後隨爐緩慢冷卻的金屬熱處理工藝。退火的目的是獲得接近平衡狀態的珠光體組織。退火的作用主要是：①改善或消除鋼鐵在鑄造、軋製、鍛造和焊接過程中所造成的各種組織缺陷；②細化晶粒，改善鋼中第二相的分佈和形態，為最終熱處理作好組織準備；③消除內應力；④降低硬度，改善組織，便於切削加工。常用的退火工藝有完全退火、球化退火、等溫退火、再結晶退火、石墨化退火、擴散退火和去應力退火等。
完全退火 中、低碳鋼經過鑄造、鍛壓和焊接等加工後，經常出現粗大的過熱組織，這種組織的力學性能不佳，也不利於後續的熱處理。為瞭使組織細化，可將工件加熱到Ac3（見鋼鐵顯微組織）以上30～50℃，保溫一段時間，使原有的鐵素體組織全部轉變為奧氏體，然後隨爐緩慢冷卻（冷卻速度為每小時50～200℃）。在冷卻過程中奧氏體再次發生轉變，即可使鋼的組織變細。
球化退火 過共析工具鋼和軸承鋼鍛壓後的組織中，珠光體為片層狀，硬度偏高，不易切削加工。如使珠光體中的片層狀滲碳體變為球狀，不僅可以降低硬度，而且可以為後續熱處理作好組織上的準備。為瞭達到這一目的，可進行球化退火。即將工件加熱到Ac1以上20～40℃，保溫後緩慢冷卻。
等溫退火 有些鎳、鉻含量較高的合金結構鋼，鍛造後的組織為馬氏體，硬度很高，無法進行切削加工。為瞭降低硬度，要進行等溫退火。等溫退火的溫度，對亞共析鋼為Ac3以上30～50℃，對共析鋼或過共析鋼為Ac1以上20～40℃，保溫後十分緩慢地冷卻。但這一點在實際生產中很難實現，而且工藝周期太長，很不經濟。為瞭縮短時間，一般先以較快的速度冷卻到奧氏體最不穩定的溫度，在這個溫度再保溫適當時間，奧氏體轉變為托氏體或索氏體，硬度即可降低。
再結晶退火 金屬線材、薄板在冷拔、冷軋過程中，會因硬度升高、塑性下降而產生加工硬化現象，難以繼續加工。為瞭能繼續進行冷拔和冷軋，生產出細絲或薄板，需要進行再結晶退火。再結晶退火時，加熱溫度一般為Ac1以下-50～150℃，隻有這樣才能消除加工硬化效應使金屬軟化。這個最低溫度稱為再結晶溫度。金屬化學成分不同，再結晶溫度也不同。
石墨化退火 可鍛鑄鐵鑄件的鑄造狀態是白口鐵，組織中含有大量滲碳體。為瞭使它變成塑性良好的可鍛鑄鐵，必須進行可鍛化（石墨化）退火。工藝操作是將鑄件加熱到950℃左右，保溫一定時間後適當冷卻，使滲碳體分解，形成團絮狀石墨。根據對出土文物的分析，中國遠在春秋戰國時期就已采用這種方法制造農具。
有些灰口鑄鐵的鑄件，在鐵水凝固過程中，表面冷卻速度較大，出現硬而脆的白口層，無法切削加工。將這種鑄件加熱到900℃左右保溫，使滲碳體分解後緩冷，表層組織即可變得同灰口鑄鐵一樣，使硬度大大下降。
擴散退火 合金鑄件化學成分一般不夠均勻，這會影響使用性能。需要進行高溫加熱使其成分擴散均勻。方法是在不發生熔化現象的前提下，將鑄件加熱到盡可能高的溫度，例如Ac3或
以上150～200℃，並長時間（通常為10～20小時）保溫。在這種條件下，合金中的各種元素即發生擴散而趨於均勻分佈，然後緩冷。這種退火工藝保溫時間很長，隻用於比較重要的合金鑄件。
去應力退火 鋼鐵鑄件和焊接件常存在內應力。如不消除，鑄件在切削加工後或使用過程中會發生變形，焊接件在使用過程中可能早期斷裂。為解決這個問題，應進行消除內應力退火。對於鋼鐵制品，加熱至Ac1以下100～200℃，保溫後在空氣中冷卻，或爐冷至200～300℃，再出爐空冷，即可消除內應力。