Em metalurgia, é mais frequentemente usado no endurecimento de aço ao introduzir martensita, submetendo o aço a um arrefecimento brusco e obrigando-o a passar pelo seu ponto eutetoide, a temperatura onde a austenita se encontra instável. Em ligas de aço com outros metais, tais como o  niquel e o manganês, a temperatura eutetoide torna-se mais baixa, mas as barreiras cinéticas à transformação de fase são iguais. Isto permite que o processo de têmpera comece a uma temperatura mais baixa, tornando o processo mais fácil. O aço rápido também possui tungstênio, que tem como função o aumento das barreiras cinéticas e criar a ilusão de que o material arrefeceu mais rapidamente do que realmente o foi. Até o arrefecimento de tais ligas ao ar (processo de normalização) obtém muitos dos efeitos desejados do processo de têmpera e apenas depois disso tudo pode o aço ser, então, comercializado.

A têmpera tem como objetivo a obtenção de uma microestrutura que proporcione propriedades de dureza e resistência mecânica elevadas. A peça a ser temperada é aquecida à temperatura de austenitização e em seguida é submetida a um resfriamento brusco, ocorrendo aumento de dureza. Durante o resfriamento, a queda de temperatura promove transformações estruturais que acarretam o surgimento de tensões residuais internas. Sempre após a têmpera, é preciso realizar o revenimento, para a transformação da martensita em martensita revenida.