在國外,熱處理技術發展得比較晚,但是在產業革命以后,熱處理技術卻得到了迅速的發展。特別是在1841年出現了光學顯微鏡技術,為研究金屬內部組織提供了可能。1863年,英國謝菲爾德的索爾比和德國夏羅騰堡的馬斯頓展示了鋼鐵在顯微鏡下的6中不同的金相組織,證明了鋼在加熱和冷卻時內部會發生組織改變,鋼中高溫時的相在極冷時轉為一種較硬的相。法國人奧斯蒙德確立的鐵的同素異構理論,英國人羅伯茨和奧斯汀制定的第一張碳平衡圖,以及洛茲本將吉布斯相律應用于理論基礎。與此同時,人們還研究了在金屬熱處理的加熱過程中對金屬的保護方法,以避免加熱過程中金屬的氧化和脫碳等。1850-1880年,對于應用各種氣體(如氫氣、煤氣、一氧化碳等)進行保護加熱技術曾有一系列專利。1889-1890年,英國人萊克獲得多種金屬光亮熱處理專利。
進入20世紀以來,熱處理學科突飛猛進。金屬物理的發展和其他新技術的移植應用,使金屬熱處理技術得到更大發展。