中温回火后的组织为回火屈氏体，洛氏硬度值为35～45，由细片状或细粒状渗碳体及接近平衡（或已达平衡）含碳量的α固溶体（铁素体）组成，但α固溶体仍保持或大致保持原马氏体形态（板条状或片状）。渗碳体很细小，光学显微镜难以分辨，在电子显微镜下才能分辨。

中温回火的目的是使工件获得较高的弹性极限和屈服强度，同时使塑性及韧性得到改善。为了消除铬钢、铬锰钢、硅锰钢和铬镍钢等的第二类回火脆性，如40Cr、45Mn2等在回火后应在油中或水中快冷。中温回火可在空气炉或盐浴中进行。

机械零件、各种标准件、弹簧、发条以及某些热锻模具多采用中温回火工艺。