工件熱處理的形狀畸變有多種原因。加熱過程中殘余應力的釋放，淬火時產生的熱應力、組織應力以及工件自重都會使工件發生不均勻的塑性變形而造成形狀畸變。

工件細長，爐底不平，工件在爐中呈搭橋狀態放置時，當加熱至奧氏體化溫度下保溫過程中，常因自重產生蠕變畸變，這種畸變與熱處理應力無關。工件在熱處理前由于各種原因可能存在內應力，例如，細長零件經過校直，大進給量切削加工，以及預先熱處理操作不當等因素，都會在工件中形成殘余應力。熱處理加熱過程中，由于鋼的屈服強度隨溫度的升高而降低，當工件中某些部位的殘余應力達到其屈服時，就會引起工件的不均勻塑性變形而造成形狀畸變和殘余應力的松弛。

加熱時產生的熱應力，受鋼的化學成分、加熱的速度、工件的大小形形狀的影響很大。導熱性差的高合金鋼，加熱速度過快，工件尺寸大、形狀復雜、各部分厚薄不均勻，會致使工件各部分的熱膨脹程度不同而形成很大的熱應力，導致工件不均勻塑性變形，從而產生形狀畸變。

與工件加熱時情況相比，工件冷卻時產生的熱應力和組織應力對工件的變形影響更大。熱應力引起的變形主要發生在熱應力產生的初期，這是因為冷卻初期工件內部仍處于高溫狀態，塑性好，在瞬時熱應力作用下，心部因受多向壓縮易發生屈服而產生塑性變形。冷卻后期，隨工件溫度的降低，鋼的屈服強度升高，相對來說塑性變形變得更加困難，冷卻至室溫后，冷卻初期的不均勻塑性變形得以保持下來造成工件的變形。