關于深冷處理的機理問題，現在還處于一個研究初期階段。相對來說有關黑色金屬(鋼鐵)的深冷機理己經研究得較為清楚，現有的機理分析基本上是沿用鋼鐵材料的。 黑色合金(鋼鐵)的深冷機理
關于鋼鐵材料的深冷處理的作用機理，國內外的研究己較為廣泛和深入，且大家均己基本取得共識，主要的觀點如下。
1.從馬氏體中析出超細碳化物，從而彌散強化這一點得到了幾乎所有研究的證實，主要原因為馬氏體經-196℃深冷，由于體積收縮，Fe的晶格
常數有縮小的趨勢，從而加強了碳原子析出的驅動力，但由于低溫下的擴散更為困難，擴散距離更短，于是在馬氏體的基體上析出了大量的彌散的超微細碳化物。
2.殘余奧氏體的改變
低溫下(即Mf點以下)殘余奧氏體發生分解，轉變為馬氏體，提高了工件的硬度和強度。有學者認為深冷可完全消除殘余奧氏體;也有學者發現深冷只能降低殘余奧氏體的數量，但不能完全消除;還有人認為深冷改變了殘余奧氏體的形狀、分布和亞結構，有利于提高鋼的強韌性。
3.組織細化
組織細化引起工件的強韌化。這主要指原來粗大的馬氏體板條發生了碎化。有學者認為馬氏體點陣常數發生了變化;也有學者認為馬氏體分解析出微細碳化物時造成了組織細化。
4.表面產生殘余壓應力
冷卻過程可能引起缺陷(微孔，內應力集中部位)的塑性流變。復溫過程中在空位表面產生殘余應力，這種應力可以減輕缺陷對材料局部強度的損害。終表現為磨料磨損抗力的提高。
5.深冷處理部分轉移了金屬原子的動能
原子間既存在使原子緊靠在一起的結合力，又存在使之分開的動能。深冷處理部分轉移了原子間的動能，從而使原子結合的更緊密，提高了金屬的性育旨。
