等温退火用以改善组织，消除内应力和热加工缺陷，并能降低某些含镍、铬等元素的合金结构钢和工具钢的硬度，以方便进行切削加工。等温退火适用于亚共析钢、高碳钢、合金工具钢和高合金工模具钢等。但对于大截面工件和大批量炉料，等温退火不易使工件内部达到等温温度，故不太合适采用。

亚共析钢进行等温退火的加热温度和完全退火的相同，获得的组织为均匀分布的铁素体加较粗片状珠光体。对于高碳钢、合金工具钢和高合金钢等过冷奥氏体比较稳定的合金钢，采用完全退火工艺需要非常缓慢的冷却速度，耗用时间太长，实际生产中不经济。为了缩短退火时间，此类钢采取等温退火工艺，可显著缩短退火时间。这类钢的奥氏体化加热温度和不完全退火的相同，因此等温退火不能改变先共析碳化物的大小、分布和形态。对于存在网状碳化物的材料，应该先采用正火热处理加以消除。等温退火可以使工件获得均匀细小的球状珠光体组织。