高温回火是指把零件淬火后，再加热到500~650℃，一般是加热到临界点的某一温度，保温一段时间后，以适当的速度冷却。

高温回火得到铁素体+细粒状渗碳体的混合物，即回火索氏体组织。具有优良的综合力学性能，多用于结构零件淬火后的回火，如连杆、螺栓、齿轮及轴。淬火+高温回火称为调质。

一般用于淬火的后续处理，淬火+高温回火被称为调质处理，在工业生产中有广泛的应用。回火温度范围为500-650摄氏度，有利于彻底消除内应力，提高金属的塑性和韧性，回火一般采用空气中冷却。硬度一般在25~35HRC之间，回火后的组织为回火索氏体。主要应用于含碳量为0.3%-0.5%的碳钢和合金钢制造的各类连接和传动的结构零件。