这是因为在高速钢中含有大量的合金元素，淬火后，使钢中含有大量的残余奥氏体，这些残余奥氏体只有在回火后的冷却过程中转变成马氏体，即所谓的“二次淬火”，由此产生新的马氏体和新的内应力，新产生的内应力又阻止了残余奥氏体的继续转变，故在第一次回火后，仍有10%左右的残余奥氏体未能转变而继续留存下来。为了对新生马氏体回火，消除新生内应力，使残余奥氏体继续转变，进一步减少残余奥氏体，因此需要第二次回火。这10%的残余奥氏体在第二次回火后的冷却中又转变成新的马氏体和新的内应力，并仍有少量残余奥氏体未转变，因此还需第三次回火。通过三次回火后，残余奥氏体才基本转变完全，达到提高硬度、强度、韧性，稳定组织、形状、尺寸的目的。对于大直径、等温淬火的工件，残余奥氏体量更多更稳定，一般还需进行四次回火。
由于残余奥氏体只在每次回火的冷却过程中才能向马氏体转变。每次需冷至室温后才能进行下一次回火，否则将出现回火不足现象。长时间一次回火只有一次冷却过程，也只有一次机会使残余奥氏体向马氏体转变，这样稳定的残余奥氏体不可能转变充分，且新产生的大量马氏体和内应力也不可能进行分解和消除，故不能用一次长时间回火代替多次短时间回火。