在模具熱處理過程中會發生傳熱、擴散、相變、應力和應變等多種變化，化學熱處理還涉及化學反應，這些同時發生的物理的和化學的現象之間又相互影響，互為因果，呈現復雜而多樣的交互作用。雖然長期以來人們致力于熱處理基本原理的研究，其他相關學科也早已建立各自相當完整的學科體系，但對模具熱處理過程中種種復雜現象的客觀規律的認識仍然相當膚淺，還難以對具體的熱處理過程進行定量的理論計算，以及對熱處理生產的結果做出精確的預測。迄今為止，熱處理生產和研究還在很大程度上依賴于經驗和試探式的實驗方法。

隨著計算機科學的發展，已有可能將模具材料科學、熱處理原理的基礎理論與相關的數學、物理、化學學科的知識加以集成，建立熱處理數學模型，用計算機模擬方法研究熱處理過程中各種現象的變化規律，構成功能強大的虛擬實驗室和虛擬生產平臺，以過去無法想象的效率推動熱處理技術的進步。雖然熱處理數學模型、計算機模擬和虛擬生產技術目前還處于初級階段，還需要大量投入和長期研究才能逐步成熟，但其巨大的優越性和潛力已受到各國熱處理界的高度重視，被認為是21世紀熱處理技術發展的主要途徑。可以預期，古老的熱處理技術必將逐步擺脫“技藝型”的落后狀態，向著“高度知識密集型”的現代科學技術的方向前進。