殘余應力是指在沒有對物體施加外力時，物體內部存在的保持自相平衡的應力系統。它是固有應力或者內應力的一種。
各種機械加工工藝如鑄造、切削、焊接、熱處理、裝配等都會產生不同程度殘余應力。
如下幾種產生殘余應力的原因：
一、機械加工引起的殘余應力
這是金屬構件在加工中最容易產生的殘余應力。當施加外力時，物體的一部分出現塑性變形，卸載后，塑性變形的部分，限制了與其相鄰部分變形的恢復，因此出現了殘余應力。
二、溫度不均勻引起的殘余應力
1、由于溫度不均勻造成局部熱塑性變形，產生了殘余應力
金屬材料在高溫下其性能將能發生很大的變化，如屈服極限、彈性模量等都隨著溫度的升高而下降。如果構件上溫度場的溫度階梯較大，則屈服極限和彈性模量的分布也是不均勻多的，因此在高溫下出現的熱塑性也是不均勻的。
2、由于相變引起的體積膨脹不均勻造成局部塑性變形，產生了殘余應力
金屬的組織發生相變時，會出現體積的突然膨脹。如果這種膨脹是均勻的，則如同構件熱膨脹一樣，沒有約束的情況下不產生應力。但是由于構件的組織分布成分不均勻，溫度分布不均勻等原因，造成構件各部分相變時間不同，體積膨脹不均勻，因此使各部分出現互相約束而產生了殘余應力。
三、構件尺寸公差引起的殘余應力
在焊接、鉚接、螺釘連接時往往有公差配合問題。由外力拉到一起而組合的結構，當外力去除后，整個系統就出現了殘余應力。這種應力一般來說屬于結構應力，大多數情況下處于彈性狀態。
總之，殘余應力的產生是由于構件某一部分的變形恢復到受到約束而造成的。局部不均勻的塑性變形的出現，是產生殘余應力的普遍原因。一個構件上殘余應力的分布狀態是由各種原因產生的殘余應力的綜合值來決定的，因此它的分布規律是隨機的，給測量和研究帶來了較大的困難。