Обработка холодом (при отрицательных температурах) является новым методом термической обработки, разработанным советскими учёными А. П. Гуляевым, С. С. Штейнбергом, Н. А. Минкевичем. Обработке холодом подвергают инструменты и детали, содержащие не менее 0,6% углерода. Обычно этот метод применяют для инструментов, изготовленных из стали Р18, деталей – из цементируемых сталей 18ХНВА и из других легированных сталей. Обработку холодом применяют с целью повышения красностойкости и твёрдости стали.
Обработку холодом проводят сразу после остывания закалённых изделий до комнатной температуры путём их погружения в среду, имеющую температуру ниже нуля. После выдержки изделия извлекают на воздух. Выдержку при обработке холодом определяют временем, необходимым для полного охлаждения всего изделия и выравнивания температур по сечению. Охлаждают изделие до отрицательных температур в смеси твёрдой углекислоты (сухой лёд со спиртом, дающий охлаждение до –78ºС), либо в жидком азоте (–196ºС). Кроме того, применяют холодильные установки, позволяющие изменить температуру рабочей камеры в больших пределах.