绝大多数进行时效强化的合金，原始组织都是由一种固溶体和某些金属化合物所组成。固溶体的溶解度随温度的上升而增大。在时效处理前进行淬火，就是为了在加热时使尽量多的溶质溶入固溶体，随后在快速冷却中溶解度虽然下降，但过剩的溶质来不及从固溶体中分析出来，而形成过饱和固溶体。为达到这一目的而进行的淬火常称为固溶热处理。“经过长期反复研究证实，时效强化的实质是从过饱和固溶体中析出许多非常细小的沉淀物颗粒(一般是金属化合物，也可能是过饱和固溶体中的溶质原子在许多微小地区聚集)，形成一些体积很小的溶质原子富集区。”

经过长期反复研究证实，时效强化的实质是从过饱和固溶体中析出许多非常细小的沉淀物颗粒(一般是金属化合物，也可能是过饱和固溶体中的溶质原子在许多微小地区聚集)，形成一些体积很小的溶质原子富集区。

在时效处理前进行固溶处理时，加热温度必须严格控制，倒角机以便使溶质原子能最大限度地固溶到固溶体中，同时又不致使合金发生熔化。许多铝合金固溶处理加热温度容许的偏差只有5℃左右。进行人工时效处理，必须严格控制加热温度和保温时间，才能得到比较理想的强化效果。生产中有时采用分段时效，即先在室温或比室温稍高的温度下保温一段时间，然后在更高的温度下再保温一段时间。这样作有时会得到较好的效果。
马氏体时效钢淬火时会发生组织转变，形成马氏体。马氏体就是一种过饱和固溶体。这种钢也可采用时效处理进行强化。低碳钢冷态塑性变形后在室温下放置一段时间后，强度提高，塑性降低，这种现象称为机械时效。

倒角机为了消除精密量具或模具、零件在长期使用中尺寸、形状发生变化，常在低温回火后（低温回火温度150-250℃）精加工前，把工件重新加热到100-150℃，保持5-20小时，这种为稳定精密制件质量的处理，称为时效。对在低温或动载荷条件下的钢材构件进行时效处理，以消除残余应力，稳定钢材组织和尺寸，尤为重要。 将淬火后的金属工件置于室温或较高温度下保持适当时间，以提高金属强度的金属热处理工艺。在较高温度下进行的时效处理是人工时效。在机械生产中，为了稳定铸件尺寸，常将铸件在室温或室外自然环境下长期放置（也有放置于海水中的），然后才进行切削加工。这种措施被称为自然时效，它是借助外界温度的变化及较长间的放置使工件的内应力得以释放，使一些内部组织得以稳定。但这种时效不属於金属热处理工艺。这两种时效处理各有利弊，第三种方式是振动时效从80年代初起逐步进入实用阶段，振动时效处理则在不加热也不象自然时效那样费时的情况下，用给工作施加一定频率的振动使其内应力得以释放，从而达到时效的目的。