魏晉和南北朝時期，我國在淬火劑的掌握和應用方面取得很大突破。三國時期的蒲元明確指出水質對淬火的影響。《太平御覽》引《蒲元傳》中有說蒲元“熔金造器特異常法。刀成，自言漢水鈍弱，不任淬用。蜀江爽烈，乃命人于成都取之。”不同的水質對淬火的影響不可否認，但在《蒲元傳》中可能是過分強調了。然而有趣的是在十五個世紀以后西方國家居然出現了與上述故事雷同的美國到英國取水淬火的事件。我國對淬火技術有重大貢獻的另一人是南北朝的綦毋懷文。《北史•藝術列傳》指出“懷文造宿鐵刀，其法燒生鐵精，以重柔鋌，數宿則成剛。以柔鐵為刀脊，浴以五牲之溺，淬以五牲之脂，斬過三十札。” 五牲之脂是動物油，淬火應力小、變形開裂傾向小。文中還可見綦毋懷文創造性地提出了采用尿液的淬火工藝。五牲之溺是含鹽水，冷卻能力強、淬硬層深。令人們感興趣的是，如何來理解文中提及的“浴以五牲之溺，淬以五牲之脂”，如果是雙液淬火，則這一出現在公元6世紀的淬火技術則是一個重要的突破。
中國瓷器的制作有悠久的歷史。一般認為，青瓷作為瓷器的代表是在三國時期誕生的。它的制作是將高嶺土做成瓷坯，在其中摻入酸性氧化物，經攝氏1000℃的高溫煅燒，成為瓷器。實際上在新石器時代晚期，中國古代先民用瓷土作原料，在高溫燒成的刻紋白陶和印紋硬陶，是原始瓷器出現的基礎。解放后，從遍及南北的墓葬中，出土了許多東漢、三國、兩晉時代的青瓷器皿。從這些出土的青瓷來看，由于普遍地采用了優質的礦物原料作為坯體，而且在胎骨中酸性氧化物二氧化硅相對地增加了，堿性氧化物氧化鈣、氧化鎂、氧化鈉等都相對地減少，這種情況導致青瓷燒成溫度不斷提高。在高溫下燒結的青瓷器，其胎骨的玻化程度高，而且由于坯料加工精細，其他雜質很少，同時在其表面施一層青色玻璃質釉，使得這種青瓷制品異常美觀、堅硬，標志著中國陶瓷生產進入一個新的時代。
宋元時期古代工匠除了采用百煉鋼技術以外，還采用了熟鐵和生鐵合煉的技術。“團鋼”和“灌鋼”技術，實際上都屬于液體滲碳制鋼法。北宋的沈括在《夢溪筆談》中描述了團鋼的制備方法，是“用‘柔鐵’盤屈之，乃以‘生鐵’陷其間，泥封煉之，鍛令相入，謂之‘團鋼”。液體滲碳與固體滲碳比較，有滲速快、滲層厚度均勻和產品質量穩定等的優點。具有冶煉生鐵堅實基礎的中國古人獨創了以熔融生鐵為滲碳劑的液體滲碳方法，極大地推進了我國古代的鋼鐵制造業。液體滲碳究竟始于何時，目前尚不清楚，很有可能《吳越春秋》描繪的“三百人鼓橐裝炭，金鐵乃濡”就是液體滲碳的開端。采用液體滲碳方法制取“灌鋼”的技術可能很早，西晉的張協有“楚之陽劍，歐冶所營，乃煉乃爍，萬辟千灌”。這里所謂“灌”，可能指的是“灌鋼”，到宋代，灌鋼流行全國，已經取代炒鋼和百煉鋼，成為當時主要的煉鋼方法。這是我國古代熱處理技術的一項獨創性的成就。
明清時期，中國古代工匠采用了許多熱處理技術。有關的記載很多。如明代宋應星的《天工開物》、明代方以智的《物理小識》、清代徐壽基的《續廣博物志》和清代陳克恕的《篆刻緘度》等。這時期我國工匠在淬火的控制火候上也有所發明，如采用預冷淬火。預冷淬火對減小刀具的畸變、提高刀具的強韌性有益處。明代宋應星的《天工開物》中有對采用預冷淬火技術制蹉的記載：“以已健劃成縱斜文理，劃時斜向入，則方成焰。劃后燒紅，退微冷，入水健。”其中“退微冷”，就是預冷淬火工藝。
在化學熱處理方面，在應用液體滲碳方法制鋼方面又有了很大進展，這時采用所謂的“生鐵淋口”技術，生產的鋼材被稱為“蘇鋼”。宋應星在《錘鍛》篇中提及采用液體滲碳法對鋤具進行表面處理的工藝。鋤用“熟鐵鍛成，熔化生鐵淋口，入水淬健，即成剛勁。”可以看出，該工藝是將鋤具在熔化生鐵中滲碳，目的是使其表面成為高碳鋼，經淬火后得到馬氏體而強化。在固體滲碳處理上采用燜熬法固體滲碳工藝。明代宋應星的《天工開物》中記載了一種燜熬法固體滲碳技術，他寫道：“凡針，先錘鐵為細條。用鐵尺一根，錐成線眼，抽過條鐵成線，逐寸剪斷成針。先蹉其末成穎，用小槌敲扁其本，剛錐穿鼻，復蹉其外。然后入釜，慢火炒熬。炒后以土末松木火矢、豆豉三物罨蓋，下用火蒸。”可知當時的滲碳是在釜中進行的，采用釜外供熱方式，固體滲碳劑中松木火矢是一種木炭，同書有說明火矢是木材經“不閉穴火”所獲產物，是主要的滲入劑：豆豉也是含碳物質是輔助滲入劑：土末是分散劑，對防止含碳物質的相互黏結和炭黑的析出有一定的作用。這與當今的裝箱固體滲碳方法如出一轍。固/液滲碳處理不同于固體或液體滲碳，它是以固態物質為骨架或載體、液態物質為滲劑的滲碳方式。最常見的固/液滲碳工藝是膏體法滲碳，是將含碳物質混和于粘性物質中，形成膏體，涂于工件表面，在后續的加熱處理中，碳滲入工件表面。為了要在涂膏中獲得液相，一般在膏體中都要添加鹽類，鹽在600-900℃經常呈熔融態。《便民圖篡》提及：“羊角、亂發俱煅灰，細研，水調，涂刀口，燒紅，磨之。”羊角、亂發經煅燒后主要成分為氧化鈣、碳酸鈣和未充分燃燒的生物角質，這些物質含碳。其中氧化鈣、碳酸鈣主要是被用作為載體，而未充分燃燒的生物角質為含碳滲入劑。明代《物理小識》“器用類•淬刀法”中干脆用未經煅燒的生物角質為含碳滲入劑：“一以羊角，亂發為末，調傅刀口，不必蟾酥而自然灰埋也。”其中羊角、亂發是主要的含碳物質，含碳量高于其灰;“蟾酥”為癩蛤蟆皮下的汁液，是生物油脂，油脂不僅可做黏結劑，也可做滲碳劑：“自然灰”主要成分是碳酸鈉。看來此工藝開始時的關鍵是以蟾酥為添加劑，以后發展成以自然灰為重要添加劑的工藝。這兩種添加劑都是很必要的， 自然灰的應用是一個明顯的進展，不僅因為自然灰來源相對廣泛，更重要的是因為碳酸鈉具有明顯的碳原子的催滲效果。現在液體化學熱處理常用碳酸鈉作為滲碳促進劑，在膏體中亦有其催滲效果。
