振動時效是通過專用的時效設備，使被處理的工件產生共振。通過共振將一定的振動能量傳遞到工件的所有部位，使工件內部發生微觀的塑性變形。歪曲的晶格逐漸恢復平衡狀態，從而使工件內部的殘余應力得以消除和均化，最終防止工件在加工和使用過程中變形和開裂，保證工件尺寸精度的穩定性。
從宏觀的角度分析，振動時效使零件產生塑性變形，降低和均化殘余應力并提高材料的抗變形能力，無疑是導致零件尺寸精度穩定的基本原因。由振動時效的加載試驗結果可知，振動時效件的抗變形能力不僅高于未經時效的零件，也高于經熱時效處理的零件。
從微觀方面分析，振動時效可視為一種以循環載荷的形式施加于零件上的一種附加的動應力。
從錯位、晶格滑移等金屬學理論上解釋，其主要觀點是振動時效處理過程實際上是通過在工件的共振狀態下，給工件的每一部位（晶格）施加一定的動能量，如果施加的這個能量值與微觀組織本身原有的能量值之和，足以克服微觀組織周圍的井勢（恢復平衡的束縛力），則微觀區域必然會產生塑性變形，使產生殘余應力的歪曲晶格得以慢慢地恢復平衡狀態，使應力集中處的錯位得以滑移并重新釘扎，達到消除和均化殘余應力的目的。