工件的熱處理畸變，按其產生時期來分，有淬火時產生的畸變（即淬火畸變）和熱處理後放置時間內產生的畸變（即時效畸變）。按產生畸變的形式可分為：形狀畸變（幾何形狀的翹曲、扭曲、彎曲）和體積畸變（體積的脹縮）。然而，實際上這兩種形式的畸變很少單獨存在，由於鋼材成分、工件加工形狀差異和工藝操作等因素影響，上述兩種形式經常同時發生。
1.形狀畸變
工件熱處理的形狀畸變有多種原因。加熱過程中殘餘應力的釋放，淬火時產生的熱應力、組織應力以及工件自重都會使工件發生不均勻的塑性變形而造成形狀畸變。
工件細長，爐底不平，工件在爐中呈搭橋狀態放置時，當加熱至奧氏體化溫度下保溫過程中，常因自重產生蠕變畸變，這種畸變與熱處理應力無關。工件在熱處理前由於各種原因可能存在內應力，例如，細長零件經過校直，大進給量切削加工，以及預先熱處理操作不當等因素，都會在工件中形成殘餘應力。熱處理加熱過程中，由於鋼的屈服強度隨溫度的升高而降低，當工件中某些部位的殘餘應力達到其屈服時，就會引起工件的不均勻塑性變形而造成形狀畸變和殘餘應力的鬆弛。
加熱時產生的熱應力，受鋼的化學成分、加熱的速度、工件的大小形形狀的影響很大。導熱性差的高合金鋼，加熱速度過快，工件尺寸大、形狀複雜、各部分厚薄不均勻，會致使工件各部分的熱膨脹程度不同而形成很大的熱應力，導致工件不均勻塑性變形，從而產生形狀畸變。
與工件加熱時情況相比，工件冷卻時產生的熱應力和組織應力對工件的變形影響更大。熱應力引起的變形主要發生在熱應力產生的初期，這是因為冷卻初期工件內部仍處於高溫狀態，塑性好，在瞬時熱應力作用下，心部因受多向壓縮易發生屈服而產生塑性變形。冷卻後期，隨工件溫度的降低，鋼的屈服強度升高，相對來說塑性變形變得更加困難，冷卻至室溫後，冷卻初期的不均勻塑性變形得以保持下來造成工件的變形。
2.體積畸變
工件經熱處理後其金相組織發生了改變，各種組織的比體積差異引起工件呈比例的脹縮，體積變化不會影響該工件原來的形狀。例如，齒輪軸的軸向伸長、縮短等。這類畸變量一般較小，目測很難判斷。
工件的體積畸變與各相組織轉變時成分和合應力有關，而與熱處理應力作用的大小無關。體積變化的大小與下列因素和條件有關：①淬火前後組織比體積差越大，體積的畸變越大；②提高淬火溫度，奧氏體中合金元素的含量提高，使馬氏體的比體積增大，殘留奧氏體增加；③全部淬透後的工件體積畸變最大。
3.微畸變
微畸變是由於熱處理後的不穩定組織（如淬火後的馬氏體和殘留奧氏體）和不穩定的應力狀態（無論壓應力或拉應力），在常溫或零下溫度較長時間的放置或使用過程中，逐漸發生轉變並趨於穩定，由此而伴隨有畸變的出現。例如，滲碳或感應淬火後的齒輪齒形、表面形狀的變化（如公法線長度和齒厚變化），其是造成齒輪工作時產生噪聲的原因之一
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