由于熱處理過程中存在相變和熱應力，因此熱處理變形總是不可避免的。一定量微小變形是允許的，但總變形超過限度就成為熱處理缺陷。熱處理缺陷中最危險的是裂紋，它屬于不可挽救的缺陷，一般只能將裂紋鍛件報廢處理。所以，在熱處理生產中，應盡量減少變形，并且特別注意避免產生裂紋。
鍛件在加熱和冷卻過程中，將發生熱脹冷縮的體積變化以及因相變時新舊兩相比體積差異而發生的體積變化。由于熱傳導過程、鍛件的表面比心部先加熱或先冷卻，在截面上外部分之間存在溫差，導致鍛件表面和心部的體積變化不能同時發生。各部分體積變化的相互牽制就會產生內應力。
鍛件在加熱或冷卻時，由于表面和心部存在的溫差導致熱脹冷縮的不一致所引起的內應力稱為熱應力。熱應力是熱處理過程普遍存在的一種內應力。
冷卻初期，表層首先冷卻產生體積收縮，由于試樣心部溢度下降較少，體積收縮相應也較小，這樣在同一試樣上內外收縮最不同則相互之間發生作用力。試樣表面的收縮將受到心部的阻礙，于是在試樣表層產生拉應力、心部為壓應力。此應力值隨若溢度的升高而增加，當應力超過心部的屈服強度時，試樣發生表足拉伸、心部壓縮的塑性變形。變形的結果使內應力得到一定程度的松弛、應力值降低。當表面溫度接近室溫或淬火冷卻介質的溫度時，心部以相對快的速度冷卻收縮，但此時心部的收縮又受到表層的牽制，結果試樣內形成與冷卻階段初期方向相反的內應力，即在表層產生壓應力、心部為拉應力。由于試樣溫度已經很低，鋼的屈服強度明顯升高，熱應力不再引起塑性變形， 這樣的應力分布就被保留下來成為殘留應力。因此，熱應力作用的結果最終是使鍛件表面呈壓應力狀態。
