冶金是指從礦石中提取金屬或金屬化合物，用各種加工方法將金屬制成具有一定性能的金屬材料的過程和工藝。冶金的技術主要包括火法冶金、濕法冶金以及電冶金。
火法冶金是指礦石或精礦中的部分或全部礦物在高溫下經過一系列物理化學變化，生成另一種形態的化合物或單質，分別富集在氣體、液體或固體產物中，達到所要提取的金屬與脈石及其它雜質分離的目的。濕法冶金是使要提取的金屬成某種離子(陽離子或絡陰離子)形態進入溶液，從溶液中除去這些雜質后通過置換、還原、電積等方法從凈化液中將金屬提取出來的過程。電冶金主要有電熱冶金和電化學冶金兩個方面，電熱冶金是指電能轉變為熱能進行冶煉的方法，電化學冶金主要包括電解和電積：溶液電解使金屬從含金屬鹽類的溶液或熔體中析出。可列入濕法冶金一類;后者稱為熔鹽電解，不僅利用電能的化學效應，而且也利用電能轉變為熱能，借以加熱金屬鹽類使之成為熔體，故也可列入火法冶金一類。
材料具有很廣闊的外延，根據材料的化學組成可分為金屬材料、無機非金屬材料、高分子材料和復合材料;根據材料用途可分為結構材料和功能材料。在本課程中提出的材料冶金，是指用冶金的方法去解決材料的問題。提到冶金，范圍限定在金屬材料上。
金屬材料的性能一般分為工藝性能和使用性能兩類。所謂工藝性能是指機械零件在加工制造過程中，金屬材料在所定的冷、熱加工條件下表現出來的性能。金屬材料工藝性能的好壞，決定了它在制造過程中加工成形的適應能力。由于加工條件不同，要求的工藝性能也就不同，如鑄造性能、可焊性、可鍛性、熱處理性能、切削加工性等。所謂使用性能是指機械零件在使用條件下，金屬材料表現出來的性能，它包括機械性能、物理性能、化學性能等。金屬材料使用性能的好壞，決定了它的使用范圍與使用壽命。金屬材料的機械性能即材料的使用性能，是零件的設計和選材時的主要依據。外加載荷性質不同(例如拉伸、壓縮、扭轉、沖擊、循環載荷等)，對金屬材料要求的機械性能也將不同。常用的機械性能包括：強度、塑性、硬度、沖擊韌性、多次沖擊抗力和疲勞極限等。
材料中原子間的結合以及排列方式在很大程度上決定了材料所表現出來的宏觀性質，原子之間的鍵合主要有：離子鍵，共價鍵，金屬鍵，分子鍵和氫鍵;在金屬晶體結構中晶體缺陷的形成也是由于在晶體生長，加工等各個環節出現的，使晶體內部的原子排列出現偏離理想位置，或出現排列混亂的區域而引起的。
隨著科技的發展，許多單一元素材料的性能已經不能滿足要求，因此大多數材料都是由多種元素組成的，不同的元素混合成新的材料時，由于元素間物理的和化學的相互作用，形成具有一定晶體結構和一定成分的相，相是指材料中結構相同，成分與性能均一并以界面相互分開的組成部分，材料中，相的數量、大小等隨化學成分，制備工藝等發生變化，影響相結構的因素有：負電性因素，原子尺寸因素，電子濃度因素。
在材料凝固與結晶過程中理論上，材料液態到固態的轉變是一個基本的相變過程，其中純金屬的凝固時凝固理論的基礎。液態金屬的X射線表示，液態金屬的近鄰原子之間具有某種與晶體結構相近的排列規律，但這種排列的規律性不能向晶體那樣延伸至遠距離。可見，液相的微小范圍內，存在著原子間的緊密接觸、規則排列的小集團，稱之為短程有序或者近程有序。研究還表明，液態金屬的短程有序集團并非固定不動和一成不變的，而是在不斷變化之中。高溫下原子的熱運動較為激烈，短程有序集團只能維持短暫的時間，而新的短程有序原子集團又同時出現。此起彼伏，與那些無序的原子之間形成動態平衡。這種現象稱為液態金屬的結構起伏或者相起伏。這些結構起伏的短程有序集團為形核提供了條件，晶核都是由這些短程有序集團發展而來。在過冷的液態金屬中，晶核一旦形成后伴隨的就是晶體的長大。晶核和晶體長大的方式主要與液固兩相界面的結構以及液固兩相界面前溫度分布有關，金屬凝固完成后的組織取決于形核與長大兩個過程，晶核的多少決定了晶粒的多少或者晶粒的粗細，晶體的長大主要影響組織形態。傳統的材料科學中有以下共性規律：晶體學結構規律、材料缺陷與斷裂強度、材料的相變原理、材料的形變與斷裂規律、材料的強韌化原理(固溶強化、細晶強化、第二相強化、相變增韌、晶界玻璃相析出強韌化。通過對這些規律的研究與把握，來控制制得材料的性能。
在冶金過程中，主要有以下幾個環節，就每一個環節的原理與過程，探討其對材料制備的影響。
干燥：除去原料中的水分，干燥溫度一般為400-600℃。焙燒是指將礦石或精礦置于適當的氣氛下，加熱至低于它們的熔點溫度，發生氧化、還原或其他化學變化的冶金過程。其目的是為改變原料中提取對象的化學組成，滿足熔煉的要求。按焙燒過程控制的氣氛的不同，可分為氧化焙燒、還原焙燒、硫酸化焙燒、氯化焙燒等。煅燒是指將碳酸鹽或氫氧化物的礦物原料在空氣中加熱分解，除去二氧化碳或水分，變成氧化物的過程，也成焙解。燒結和球團，將不同粉礦混勻或造球后加熱焙燒，固結成多孔塊狀或球狀的物料，是粉礦造塊的主要方法。在以上過程中，發生氧化還原等化學變化，原子間的鍵合發生了改變，對材料的性質與性能造成影響。
熔煉是指將處理好的礦石或者其他原料，在高溫下通過氧化還原反應，使礦石中金屬和雜質分離為兩個液相層即金屬液和熔渣的過程，也叫冶煉。按冶煉條件可分為還原熔煉，造锍熔煉，氧化吹煉等。精煉是進一步處理熔煉所得到的含有少量雜質的粗金屬以提高其純度。吹煉的實質是氧化熔煉，就是將造锍熔煉所得到的锍的熔體，一般在轉爐中借助鼓入空氣中的氧或者富氧空氣使鐵硫和其他雜質元素氧化，或造渣或揮發與主體金屬分離而得到的金屬。蒸餾是指將冶煉的物料在間接加熱的條件下，利用在某一溫度下各種物質揮發度不同的特點，使冶煉物料中某些組分分離出來的方法。所謂浸出就是將固體物料加到液體溶劑中，使得固體物料中的一種或者幾種有價金屬溶解到溶液中，而脈石和某些非主要金屬入渣，使提取金屬與脈石和某些雜質分離。
水溶液電解：是指在水溶液電解質中，插入兩個電極-陰極與陽極，通入直流電，使水溶液電解質發生氧化還原反應，這個過程稱為水溶液電解。因使用的陽極不同，有可溶陽極和不可溶陽極之分，前者稱為電解精煉，后者成為電解沉積。熔鹽電解，是用熔融鹽作為電解質的電解過程，主要用于提取輕金屬。這是由于這些金屬的化學活性很大，電解這些金屬的水溶液得不到金屬。
冶金學是材料學的前身，從冶金的角度尋找解決材料學問題的方法是一種尋溯源的過程，具有更微觀，更容易調控的特點，比如對超細金屬管的制備，生物材料制備等，材料冶金必將為為材料學的發展提供新的思路。