Нормализацией называется термическая обработка, при которой, в отличие от отжига, охлаждение изделий происходит на воздухе. Структура в таком случае будет более мелкозернистой. С помощью такой обработки можно исправить структуру перегрева стали, снять внутренние напряжения, разрушить карбидную сетку, улучшить обрабатываемость конструкционных низколегированных и малоуглеродистых сталей.

Также нормализация может быть предварительной операцией, увеличивающей глубину прокаливаемости инструментальных углеродистых сталей. Чаще всего этот метод используется в качестве промежуточной операции для улучшения структуры.

При обработке низкоуглеродистых сталей нормализация применяется вместо отжига. При обработке среднеуглеродистых сталей нормализацией или нормализацией с высоким отпуском заменяют закалку с высоким отпуском. Хотя механические свойства в таком случае оказываются несколько ниже, изделие меньше деформируется и исключается образование трещин.