均匀化退火中的主要组织变化是枝晶偏析消除和非平衡相溶解。

它是通过高温下长时间保温，原子充分扩散而使枝晶偏析消除达到成分均匀。对于非平衡状态下仍为单相的合金，均匀化退火所发生的主要过程为固溶体晶粒内成分均匀化。当合金中有非平衡亚稳定相时，则上述两个主要过程均会发生。

另外，在均匀化退火过程中，往往还伴随着过饱和固溶体的分解、不溶的过剩相聚集和球化、晶粒长大、相转变以及由于过快的冷却可能产生的淬火效应。