工件热处理的形状畸变有多种原因。加热过程中残余应力的释放，淬火时产生的热应力、组织应力以及工件自重都会使工件发生不均匀的塑性变形而造成形状畸变。

工件细长，炉底不平，工件在炉中呈搭桥状态放置时，当加热至奥氏体化温度下保温过程中，常因自重产生蠕变畸变，这种畸变与热处理应力无关。工件在热处理前由于各种原因可能存在内应力，例如，细长零件经过校直，大进给量切削加工，以及预先热处理操作不当等因素，都会在工件中形成残余应力。热处理加热过程中，由于钢的屈服强度随温度的升高而降低，当工件中某些部位的残余应力达到其屈服时，就会引起工件的不均匀塑性变形而造成形状畸变和残余应力的松弛。

加热时产生的热应力，受钢的化学成分、加热的速度、工件的大小形形状的影响很大。导热性差的高合金钢，加热速度过快，工件尺寸大、形状复杂、各部分厚薄不均匀，会致使工件各部分的热膨胀程度不同而形成很大的热应力，导致工件不均匀塑性变形，从而产生形状畸变。

与工件加热时情况相比，工件冷却时产生的热应力和组织应力对工件的变形影响更大。热应力引起的变形主要发生在热应力产生的初期，这是因为冷却初期工件内部仍处于高温状态，塑性好，在瞬时热应力作用下，心部因受多向压缩易发生屈服而产生塑性变形。冷却后期，随工件温度的降低，钢的屈服强度升高，相对来说塑性变形变得更加困难，冷却至室温后，冷却初期的不均匀塑性变形得以保持下来造成工件的变形。