絕大多數進行時效強化的合金，原始組織都是由一種固溶體和某些金屬化合物所組成。固溶體的溶解度隨溫度的上升而增大。在時效處理前進行淬火，就是為了在加熱時使盡量多的溶質溶入固溶體，隨后在快速冷卻中溶解度雖然下降，但過剩的溶質來不及從固溶體中分析出來，而形成過飽和固溶體。為達到這一目的而進行的淬火常稱為固溶熱處理。“經過長期反復研究證實，時效強化的實質是從過飽和固溶體中析出許多非常細小的沉淀物顆粒(一般是金屬化合物，也可能是過飽和固溶體中的溶質原子在許多微小地區聚集)，形成一些體積很小的溶質原子富集區。”

經過長期反復研究證實，時效強化的實質是從過飽和固溶體中析出許多非常細小的沉淀物顆粒(一般是金屬化合物，也可能是過飽和固溶體中的溶質原子在許多微小地區聚集)，形成一些體積很小的溶質原子富集區。

在時效處理前進行固溶處理時，加熱溫度必須嚴格控制，倒角機以便使溶質原子能最大限度地固溶到固溶體中，同時又不致使合金發生熔化。許多鋁合金固溶處理加熱溫度容許的偏差只有5℃左右。進行人工時效處理，必須嚴格控制加熱溫度和保溫時間，才能得到比較理想的強化效果。生產中有時采用分段時效，即先在室溫或比室溫稍高的溫度下保溫一段時間，然后在更高的溫度下再保溫一段時間。這樣作有時會得到較好的效果。
馬氏體時效鋼淬火時會發生組織轉變，形成馬氏體。馬氏體就是一種過飽和固溶體。這種鋼也可采用時效處理進行強化。低碳鋼冷態塑性變形后在室溫下放置一段時間后，強度提高，塑性降低，這種現象稱為機械時效。

倒角機為了消除精密量具或模具、零件在長期使用中尺寸、形狀發生變化，常在低溫回火后（低溫回火溫度150-250℃）精加工前，把工件重新加熱到100-150℃，保持5-20小時，這種為穩定精密制件質量的處理，稱為時效。對在低溫或動載荷條件下的鋼材構件進行時效處理，以消除殘余應力，穩定鋼材組織和尺寸，尤為重要。 將淬火后的金屬工件置于室溫或較高溫度下保持適當時間，以提高金屬強度的金屬熱處理工藝。在較高溫度下進行的時效處理是人工時效。在機械生產中，為了穩定鑄件尺寸，常將鑄件在室溫或室外自然環境下長期放置（也有放置于海水中的），然后才進行切削加工。這種措施被稱為自然時效，它是借助外界溫度的變化及較長間的放置使工件的內應力得以釋放，使一些內部組織得以穩定。但這種時效不屬於金屬熱處理工藝。這兩種時效處理各有利弊，第三種方式是振動時效從80年代初起逐步進入實用階段，振動時效處理則在不加熱也不象自然時效那樣費時的情況下，用給工作施加一定頻率的振動使其內應力得以釋放，從而達到時效的目的。