经过冷变形后的金属加热到再结晶温度以上，保持适当时间。使形变晶粒重新转变为均匀的等轴晶粒，以消除形变强化和残余应力的热处理工艺，称为再结晶退火。再结晶退火的目的是消除冷作硬化，提高延展性（塑性），改善切削性能及压延成型宁能。

再结晶退火在高于再结晶温度下进行。再结晶温度随着合金成分及冷塑性变形量而有所变化。为产生再结晶所需的小变形量称为临界变形量。钢的临界变形量为6%-10%。再结晶温度随变形量增加而降低，到一定值时不再变化。纯金属的再结晶温度：铁为450摄氏度，铜为270摄氏度，铝为100摄氏度。一般钢材再结晶退火温度为650-700摄氏度，铜合金为600-700摄氏度，铝合金为350-400摄氏度。

为了去除由于形变加工、锻造、焊接等所引起的及逐渐内存在的残余应力（但不引起组织的变化）而进行的退火，称为去应力退火，由于材料成分、加工方法、内应力大小及分布不同，以及去除程度的不同，去应力退货的加热温度范围很宽，应根据具体情况决定。例如低碳结构钢热锻后，如硬度不高，适于切削加工，可不进行正火，而在500摄氏度左右进行去应力退火；中碳结构钢为避免调质时的淬火变形，需在切削加工或终热处理前进行500-650摄氏度的去应力退火；对切削加工量大，刀头复杂而有要求太严格的刀具的、模具等，在粗加工及半精加工之间，淬火之前，常进行600-700摄氏度、2-4h的去应力退火；对经过索氏体化处理的弹簧钢丝，在盘制成弹簧后，虽不经淬火回火处理，但应进行去应力退火，以防止制成成品后因应力状态改变产生变形，常用温度一般为250-350摄氏度，此时还可产生时效作用，使强度有所提高。铸件由于铸造应力的存在，可能发生几何形状不稳定，甚至开裂；尤其在机械加工后，由于应力平衡的破坏，常会造成变形超差，使工件报废，因此各类铸件在机械加工前应进行消除应力处理。钢铸件去应力退火温度不应太高，否则造成珠光体的石墨化。去应力退火后，均应缓慢冷却，以免产生新的应力。