При нормалізації доевтектоїдну сталь нагрівають звичайно до температури вище точки Ас3, а заевтектоїдну вище точки Аст на 30…50 оС (рис.7.1), а потім охолоджують на повітрі. Нормалізація набуває все більшого поширення в практиці термічної обробки і для низьковуглецевих сталей часто заміняє тривалу операцію повного відпалювання, а для середньовуглецевих (0,25…0,6%) і легованих сталей - гартування з наступним високим відпуском.
Метою нормалізації є отримання дрібнозернистої структури в доевтектоїних сталях, зняття внутрішніх залишкових напруг і наклепу, отримання однорідної структури перед завершальною термічною обробкою, холодним штампуванням або обробкою різанням, знищення сітки вторинного цементиту в заевтектоїдних сталях. Нормалізують фасонні виливки, поковки і штамповки, а також деталі, які цементуються. Після нормалізації доевтектоїдна низьковуглецева сталь має структуру перліту і фериту, як і після відпалювання, але більш дрібнозернисту. Механічні властивості нормалізованої сталі дещо вищі в порівнянні з відпаленою.
Середньовуглецева і низьколегована сталі після нормалізації отримують структуру сорбіту і тому твердість та міцність їх у порівнянні з відпаленою сталлю вищі. Іноді нормалізація заміняє гартування і високий відпуск, проте в цьому випадку нормалізована сталь має меншу в’язкість, ніж загартована і відпущена, і для відповідальних деталей машин і конструкцій не застосовується.