关于深冷处理的机理问题，现在还处于一个研究初期阶段。相对来说有关黑色金属(钢铁)的深冷机理己经研究得较为清楚，现有的机理分析基本上是沿用钢铁材料的。
黑色合金(钢铁)的深冷机理
关于钢铁材料的深冷处理的作用机理，国内外的研究己较为广泛和深入，且大家均己基本取得共识，主要的观点如下。
1.从马氏体中析出超细碳化物，从而弥散强化这一点得到了几乎所有研究的证实，主要原因为马氏体经-196℃深冷，由于体积收缩，Fe的晶格
常数有缩小的趋势，从而加强了碳原子析出的驱动力，但由于低温下的扩散更为困难，扩散距离更短，于是在马氏体的基体上析出了大量的弥散的超微细碳化物。
2.残余奥氏体的改变
低温下(即Mf点以下)残余奥氏体发生分解，转变为马氏体，提高了工件的硬度和强度。有学者认为深冷可*消除残余奥氏体;也有学者发现深冷只能降低残余奥氏体的数量，但不能*消除;还有人认为深冷改变了残余奥氏体的形状、分布和亚结构，有利于提高钢的强韧性。
3.组织细化
组织细化引起工件的强韧化。这主要指原来粗大的马氏体板条发生了碎化。有学者认为马氏体点阵常数发生了变化;也有学者认为马氏体分解析出微细碳化物时造成了组织细化。
4.表面产生残余压应力
冷却过程可能引起缺陷(微孔，内应力集中部位)的塑性流变。复温过程中在空位表面产生残余应力，这种应力可以减轻缺陷对材料局部强度的损害。终表现为磨料磨损抗力的提高。
5.深冷处理部分转移了金属原子的动能
原子间既存在使原子紧靠在一起的结合力，又存在使之分开的动能。深冷处理部分转移了原子间的动能，从而使原子结合的更紧密，提高了金属的性育旨。
