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焊接过程中既有物理过程，如金属熔化；也有化学过程，如高温下的冶金反应是氧化还原过程，焊接中电弧燃烧属于氧化反应，而且反应过程中产生大量热量；焊接过程中也伴随着还原反应，即把氧原子从其他物质中分离出来的过程，因此焊接过程是物理和化学过程综合作用的结果。
焊接工艺涉及金属的可焊性。金属材料的可焊性是指被焊金属在采用一定的焊接方法、焊接材料、工艺参数及结构形式条件下，获得优质焊接接头的难易程度，它与金属材料的物理和化学特性有关。
影响钢材可焊性的主要因素是化学成分。在各种元素中，碳的影响最为显著，其他元素的影响可折合成碳的影响，因此可用碳当量方法来估算被焊钢材的可焊性。硫、磷对钢材焊接性能影响也很大，在各种合格钢材中，硫、磷的成分都要受到严格限制。
焊接过程中的物理本质包括宏观和微观两个方面。宏观方面表现为焊接接头破坏需要外加能量和焊接的不可拆卸性；微观方面表现为焊接是在两个焊件之间实现原子间结合。
理论上，当两个被焊好的固体金属表面接近到原子平衡距离时，可以在接触表面上进行扩散和再结晶等物理化学过程，形成金属键，从而达到焊接连接的目的。然而，这只是理论上的条件，事实上即使是经过精细加工的表面，在微观方面上也会存在凹凸不平，一般金属的表面上还常常带有氮化膜、油污和水分等吸附层，这些都会阻碍金属表面的紧密接触。
1）焊件上加热区的能量分布
焊接过程中，热源把热能传给焊件是通过焊件上一定的作用面积进行的。对于电弧焊，这个作用面积称为加热区，该加热区又可分为加热斑点区和活性斑点区。其中，活性斑点区是带电质点（电子和离子）集中轰击的部位，它把电能转为热能；而加热斑点区的焊件受热是通过电弧的辐射和周围介质的对流进行的，在该区内热量的分布不均匀，呈现中心高、边缘低的特点。
2）焊接接头的形成
熔焊时焊接接头的形成，一般都要经历加热、熔化、冶金反应、凝固结晶和固态相变，直至形成焊接接头。
（1）焊接热过程。熔焊时被焊金属在热源作用下产生局部受热和熔化，使整个焊接过程始终都是在焊接热过程中发生和发展。焊接热过程与冶金反应、凝固结晶和固态相变、焊接温度场和应力变形等均有密切的关系。
（2）焊接化学冶金过程。熔焊时，金属、熔渣与气相之间进行一系列的化学冶金反应，如金属氧化、还原、脱硫、脱磷和掺合金等。这些冶金反应可直接影响焊缝的成分、组织和性能。如需提高焊缝的韧性，可以采取两种措施：①通过焊接材料向焊缝中加入微量合金元素（如Ti、Mo、Nb、V、Zr、B和稀土等）进行变质处理，从而提高焊缝的韧性；②适当降低焊缝中的碳含量，并尽可能排除焊缝中的硫、磷、氧、氮和氢等杂质，也可提高焊缝的韧性。
（3）焊接时的金属凝固结晶和相变过程。随着热源离开，经过化学冶金反应的熔池金属就开始凝固结晶，金属原子由近程有序排列转变为远程有序排列，即由液态转变为固态。对于具有同素异构转变的金属，随着温度下降，将发生固态相变。因为在焊接条件下是快速连续冷却，并受局部拘束应力的作用，因此，可能产生偏析、夹杂、气孔、热裂纹、冷裂纹和脆化等缺陷。基于上述原因，控制和调整焊缝金属的凝固结晶和相变过程，就成为保证焊接质量的关键。
焊接接头是由两部分所组成，即焊缝和热影响区，其间有过渡区，称为熔合区。焊接时除必须保证焊缝金属的性能之外，还必须保证焊接热影响区的性能。
焊接时焊件上各点的温度每一时刻都在变化，而且呈现出一定的变化规律。焊件某瞬时的温度分布称为“温度场”。焊接温度场的分布情况可以用等温线或等温面表示，所谓等温线或等温面，就是把焊件上瞬时温度相同的各点连接在一起，成为一条线或一个面。各个等温线或等温面彼此之间不能相交，而存在一定的温度差，这个温度差的大小可以用温度梯度来表示。