超深冷處理是一種將物質低溫處理到極低溫度的過程，常常被應用於製備高純度金屬、降低化學反應活性、延長生物組織保鮮期限等範圍。原理是將材料置於極低的溫度和壓力之下，並在恰當條件下控製升溫和降溫依序進行，從而獲得期望的材料特性。通常以液氮為代表，在零下196℃左右的溫度下工作。這樣的溫度將使材料中的位錯穩定，優化晶界運動，提高材料的抗疲勞、韌性和延展性。超深冷過程並不需要額外的壓力，但一些不同的方法可能包含壓縮元素，以在材料中創造長程有序的結構。在超深冷過程中，材料在加熱和冷卻中的溫度變化速率非常重要。由於大多數材料都具有不同的熱脹系數，當它們受到快速溫度變化時會产生應力並導致形變，因此必須要控製降溫的速率。
超深冷處理主要利用了三種不同機製：熱力學、動力學和物理化學機製。這些機製可以在特定條件下顯現出來並影響材料的性能。
熱力學機製。會隨着溫度降低，物質的熵會逐漸降低。當溫度達到超深冷程度時，物質處於非常低的熵狀態。這降低了物質的化學反應活性，減少了晶界遷移結構上的缺陷，提高了材料的穩定性。
動力學機製。在材料中存在大量的位錯和空位，在深度冷卻過程中，它們會從晶面上擴散至格點，導致材料變形、變硬。而超深冷處理可以減慢位錯、空位在材料中擴散的速度，從而促進了材料形變和回彈，並提高了其抗疲勞性。
物理化學機製。超深冷下會發生很多物理化學反應，其中一個明顯例子是液態氣體在超深冷過程中逐漸液化、不斷釋放出極小的分子氣態氣體。這種反應在金屬加工中很常見，可用於表面硬化、改善電性能等。
