金屬退火的過程，可分為以下三個階段。

(1)晶格回復階段。當加熱溫度不高(低于*低再結晶溫度)時，原子擴散能力尚低，雖有微小擴散，卻不會引起組織變化。但由于原子有了微小的擴散，能使晶格畸變程度大為減輕，從而使內應力大大下降，導電性及耐腐性等均有顯著提高。機械性能變化不大。這個階段稱為回復階段，又稱為去應力退火。

(2)再結晶階段。冷變形金屬加熱到較高溫度時，將形成一些晶格方位與變形晶粒不同，內部缺陷較小的等軸(各方向直徑大致相同)小晶粒，這些小晶粒不斷向周圍的變形組織中擴展長大，直到金屬的冷變形組織全部消失為止。這個過程稱為金屬的再結晶。

冷變形金屬經過再結晶，由于冷變形而產生的晶格畸變等缺陷及內應力完全消除，因而強度下降，導電率提高，塑性和韌性增加。冷加工硬化狀態得到徹底改善。

再結晶過程中，金屬的晶格類型不發生變化，即并未形成新相，故不是相變過程。

(3)再結晶后的晶粒成長階段。冷變形金屬在剛完成再結晶過程中，一般都能獲得細小而均勻的晶粒。隨著加熱溫度的提高或延長保溫時間，再結晶后的晶粒還要互相吞并而長大，使晶粒變粗，機械性能變壞這個過程稱為聚集再結晶。這種粗晶粒金屬的強度和塑性均下降。所以，過高的加熱溫度或過長的保溫時間，均能引起“過熱”或“過燒”。