در اغلب پروسه هاي عمليات حرارتي وقتي مواد گرم مي شوند ، با گازهاي اتمسفر كه به طور عمومي شامل 21%0₂ و 77%N₂ و 1% H ₂ 0 به صورت بخار و 1% ساير گازها مي باشد واكنش مي دهند . اگر اين واكنشها غير مفيد باشند قطعه كار بايد در محيطي بدون حضور گازهاي مضر و يا با حضور مخلوطي از هوا و يك گاز ديگر حرارت داده شود . نحوه تغيير گاز و يا ايجاد تركيب جديد بايد به‌گونه‌اي باشد كه واكنشها ي مطلوب در سطح ماده صورت گيرد و يا هيچ واكنشي انجام نگيرد.

عمليات حرارتي تحت اتمسفر خلاء شامل حرارت دادن فلز در يك محيط بسته تخليه شده تا فشار جزئي معين بـا توجه بـه نوع فلز مي باشد . خلا ء جايگزين مناسبي براي بيشتر گازهاي محافظ به كار رفته در انواع مختلف عمليات حرارتي مي باشد.