西元前14～前11世紀的殷代時期，在金箔錘制過程中已採用瞭退火處理。白口鑄鐵柔化退火工藝的創始也不晚於戰國初期（西元前5世紀），這是中國古代熱處理技術的一項重大發明。戰國後期（西元前3世紀）已對熟鐵進行滲碳淬火。西漢以來，淬火工藝較普遍地得到應用。
退火 河南殷墟出土的殷代金箔，經金相分析可知，是經過再結晶退火處理的，其目的是消除金箔冷鍛硬化。1974年洛陽市出土的春秋末期戰國初初期的鐵錛經過脫碳退火，使白口鑄鐵表面形成一層珠光體組織，以提高韌性。同時出土的鐵鏟是經過柔化退火的可鍛鑄鐵件。20世紀50年代山東薛城出土的西漢(公元前206～公元24)鐵斧是鐵素體基體的黑心可鍛鑄鐵，當時柔化處理技術已有較大的提高。明代宋應星著《天工開物》（成書於1634年，刊印於1637年）有銼刀翻新工藝的記載，說明齒尖已磨損的舊銼刀，先退火再用鏨子劃齒。書中還記載瞭制針工藝中工序間消除內應力的退火。
滲碳 這種工藝起源於戰國後期所創造的滲碳鋼。1968年河北滿城出土的西漢劉勝(卒於公元前113年)的佩劍，經分析，表面有明顯的滲碳層，並經淬火，其硬度為HV900～1170，而中心低碳部分的硬度為HV220～300。表面硬度較高，鋒利耐磨，而中心則有很好的韌性，不易折斷。劉勝的錯金書刀經過滲碳局部淬火後，刃部和刃背獲得硬韌兼備的效果，可見當時刀、劍的熱處理工藝已具有很高的水平。《天工開物》敘述瞭古代制針用的滲碳劑和固體滲碳工藝。明末方以智著《物理小識》（成書於1647年）記載瞭3種滲碳劑：一是“虎骨樸硝醬，刀成之後火赤而屢淬之”；二是“醬同硝塗鏨口，鍛赤淬火”；三是用“羊角乳發為末，調敷刀口”。前兩者都有一定的滲氮作用。
淬火 這種工藝首先用於熟鐵滲碳淬硬。1965年河北易縣燕下都遺址出土的戰國後期鍛劍等武器大都是經過淬火硬化的，經金相分析，發現瞭淬火產生的針狀馬氏體。《史記·天官書》（成書於公元前91年）有“水與火合為焠”之說。《漢書（記西漢事）·王褒傳》有“巧冶幹將之樸（窄長有短把的刀），清水焠其鋒”的記載。《太平禦覽·蒲元傳》載三國時蜀人蒲元對他的“神刀”淬火用水的選擇，雖多渲染，不盡可信，但當時確已認識到水質對淬火效果的影響。《北齊書·列傳第四十一》載東魏、北齊間(534～577)的綦母懷文在“宿鐵刀”淬火時“浴以五牲之溺，淬以五牲之脂”。可見當時已采用含鹽的水和油作為具有不同冷卻速度的液冷介質。