深冷處理又稱超低溫處理，是指在-130℃以下對材料進行處理的一種方法。它是常規冷處理的一種延伸。深冷處理不僅可以顯著提高黑色金屬、有色金屬、金屬合金、碳化物、塑料（包括尼龍，泰弗龍）、硅酸鹽等材料的力學性能和使用壽命，穩定尺寸，改善均勻性，減小變形，而且操作簡便，不破壞工件，無污染，成本低。具有可觀的經濟效益和市場前景。
金屬深冷處理方式可分為液體法和氣體法兩種，液體法是將工件直接放入液氮中，處理溫度為-150℃，該法的缺點是熱沖擊性大，有時甚至造成工件開裂，氣體法是通過液氮的氣化潛熱和低溫氮氣吸熱來致冷，處理溫度達一196℃，處理效果較好。
目前，對深冷速度主要有兩種觀點：一種認為深冷的升降速度不能太快，即不贊成將工件直接浸入液氮中，因為激冷將導致工件內部的應力增大，易造成工件的變形或開裂，如日本的“深冷急熱法”，工件淬火后不馬上進行冷處理，而是先水浴，再放入處理槽中在一80℃或一180℃下進行冷處理，保溫一段時間后立即放入60℃熱水浴中，使試樣快速回溫以減少內應力，然后選用不同溫度回火，另一種則認為應快速冷卻或升溫，這樣會使奧氏體更易轉變為馬氏體，且直浸冷卻速率比油淬慢，不易引起材料的變形或開裂，如前蘇聯的“沖擊法”，被處理的工件直接快速地放人入液氮中，深冷到所需的溫度后保溫5~30min，然后取出放在室溫下，待其回復到室溫后，再在200~500℃的油中回火1h，該方法明顯地提高了高速鋼刀具的使用壽命。
金屬深冷處理按回火工藝的順序，可分為回火后深冷與回火前深冷，研究表明：回火前深冷能較大地提高工件的切削性，回火后深冷能大幅度提高工件的力學性能，對于受沖擊載荷較大、易彎曲的模具，應采用回火后深冷，而對于要求硬度高、動載荷較大的模具，則選用回火前深冷，回火后深冷能使硬度較低的奧氏體轉變為較硬的、更穩定的、耐磨性和抗熱性更高的馬氏體。
