熱處理殘余力是指工件經熱處理后殘存下來的應力，對工件的形狀，尺寸和性能都有重要的影響。當它大于材料的屈服強度時，便引起工件的變形，大于材料的強度時就會使工件開裂，這是它有害的一面，應當減少。但在一些條件下控制應力使之合理分布，就可以增加零件的機械性能和使用壽命，變害為利。工件在加熱和冷卻過程中，由于表層和心部的冷卻速度和時間的不一樣，形成溫差，就會導致體積膨脹和收縮不均而產生應力，即熱應力。在熱應力的作用下，由于表層開始溫度低于心部，收縮也大于心部而使心部受拉，當冷卻結束時，由于心部冷卻體積收縮不能自由進行而使表層受壓心部受拉。即在
金屬熱應力的作用下使工件表層受壓而心部受拉。這種現象受到冷卻速度，材料成分和熱處理工藝等因素的影響。當冷卻速度越快，含碳量和合金成分越高，冷卻過程中在熱應力作用下產生的不均勻塑性變形越大，然后形成的殘余應力就越大。另一方面鋼在熱處理過程中由于組織的變化即奧氏體向馬氏體轉變時，因比容的增加會伴隨工件體積的膨脹，工件各部位先后相變，造成體積長大不一樣而產生組織應力。
組織應力變化的結果是表層受拉應力，心部受壓應力，恰好與熱應力相反。組織應力的大小與工件在馬氏體相變區的冷卻速度，形狀，材料的化學成分等因素有關。實踐證明，工件在熱處理過程中，只要有相變，熱應力和組織應力都會發生。只不過熱應力在組織轉變以前就已經產生了，而組織應力則是在組織轉變過程中產生的，在整個冷卻過程中，熱應力與組織應力綜合作用的結果，就是工件中實際存在的應力。這兩種應力綜合作用的結果是復雜的，受著許多因素的影響，如成分、形狀、熱處理工藝等。就其發展過程來說只有兩種類型，即熱應力和組織應力，作用方向相反時二者抵消，作用方向相同時二者相互迭加。不管是相互抵消還是相互迭加，兩個應力應有一個占主導因素，熱應力占主導位置時的作用結果是工件心部受拉，表面受壓。組織應力占主導位置時的作用結果是工件心部受壓表面受拉。
