金屬工件熱處理變形主要的因素有很多，但主要原因有三點，即：1、固態相變；2、熱應力；3、組織應力。
(1)固態相變時，各相質量體積的變化必然引起體積的變化，造成零件的脹與縮的尺寸變化；
(2)熱應力，包括急熱熱應力和急冷熱應力，當它們超過零件在該溫度下所具有的屈服極限時，將使零件產生塑性變形，造成零件的形狀變化，即歪扭，或稱為畸變；
(3)組織應力也會引起形狀的改變，即畸變。
通常淬火工件的變形總是由于以上的兩種或三種因素綜合作用的結果，但究竟哪一個因素對變形的影響較大，則需要具體情況作具體的分析。
總的來說，體積變化是由相變時比容的改變而引起的。馬氏體的質量體積比鋼的其他組成相的質量體積要大，熱處理時鋼由其他組成相轉化為馬氏體時，必然引起體積的增加。而奧氏體的質量體積要比鋼的其他組織質量體積要小，在熱處理時由其他組成相轉變為奧氏體時，則引起體積的減小。
關于形狀的變化，歪扭或稱為畸變，主要是由于內應力或者外加應力作用的結果。在加熱、冷卻過程中，因工件各個部位的溫度有差別，相變在時間上有先后，有時發生的組織轉變也不一致，而造成內應力。這種內應力一旦超過了該溫度下材料的屈服極限，就產生塑性變形，引起形狀的改變。此外工件內的冷加工殘余應力在加熱過程中的松弛，以及由于加熱時受到較大的外加應力也會引起形狀的變化。
在熱處理時可能引起體積變化和形狀變化的原因見下表。表中“體積變化原因”一欄未列入鋼因熱脹冷縮現象而產生的體積變化，鋼由淬火加熱溫度到零下溫度進行冷處理，均隨溫度的變化而有相應的體積變化，因熱脹冷縮而引起的體積變化不均勻乃是熱應力產生的原因，而且對變形有相當的影響。