Isıl işlem, metal malzemelerin mekanik özelliklerini değiştirmek amacıyla kontrollü bir şekilde ısıtılıp soğutulmasıyla uygulanan bir ısıl süreçler bütünüdür. Bu işlem sayesinde malzemelerin sertlik, tokluk, süneklik, dayanım ve aşınma direnci gibi özellikleri istenilen seviyelere getirilebilir.
Isıl işlem genellikle çelik ve demir alaşımlarına uygulanmakla birlikte, alüminyum, titanyum ve diğer metaller için de çeşitli ısıl işlem türleri mevcuttur. En yaygın ısıl işlem yöntemleri şunlardır: