本文主要分别从宏观和围观的角度对振动时效的机理进行了全面透彻的分析。
从宏观角度分析，振动时效使零件产生塑性变形，降低和均化残余应力并提高材料的抗变形能力，无疑是导致零件尺寸精度稳定的基本原理。从分析残余应力松弛和零件变形中可知，残余应力的存在及其不稳定性造成了应力松弛和再分布，使零件发生塑性变形。故通常采用热时效方法以消除和降低残余应力，特别是危险的峰值应力。振动时效同样可以降低残余应力。零件在振动处理后残余应力通常可以降低30-55%，同时也使峰值应力降低，使应力分布均匀化。
除残余应力值外，决定零件尺寸稳定性的另一重要因素是松弛刚性，或零件的抗变形能力。有时虽然零件具有较大的残余应力，但因其抗变形能力强，而不致使造成大的变形。在这一方面，振动时效同样表现出明显的作用。由振动时效的加载试验结果可知，振动时效件的抗变形能力不仅高于未经时效的零件，也高于经热时效处理的零件。通过振动而使材料得到强化，使零件的尺寸精度达到稳定。
从微观方面分析，振动时效可视为一种以循环载荷的形式施加于零件上的一种附加动应力。众所周知，工程上采用的材料都不是理想的弹性体，其内部存在着不同类型的微观缺陷。铸铁中更是存在着大量形状各异的切割金属基体的石墨。故而无论是钢、铸铁或其它金属，其中的微观缺陷附近都存在着不同程度的应力集中。当受到振动时，施加于零件上的交变应力与超过材料的屈服极限而发生塑性变形。这种塑性变形降低了该处残余应力峰值，并强化了金属基体。而后，振动又在一些应力集中较严重的部位上产生同样作用，直至振动附加应力与残余应力叠加的代数和不能引起任何部位的塑性变形为止，此时，振动便不再产生消除和均化残余应力及强化金属的作用。上述解释已由大量的试验加以证明。
主要从位错、晶格滑移等金属学理论上去解释振动时效的机理。
主要观点是振动时效处理过程实际上是通过在工件的共振状态下，给工件的每一个部位（从微观角度说是工件里的每一个微观晶格）施加一定的动能量，如果施加的这个能量值与微观组织本身原有的能量值（残余应力本身是一种势能）之和，足以克服微观组织周围的井势（也可以说是对恢复平衡的束缚力），则微观区域必然会产生塑性变形，使产生残余应力的歪曲晶格得以慢慢地恢复平衡状态，使应力集中处的位错得以滑移并重新钉扎，达到消除和均化残余应力的目的。对于残余应力集中的地方，残余应力值较大，其微观组织本身所具有的恢复平衡状态的势能值也较大，所有，此处的残余应力在振动处理过程中消除的就越多。只有从这一观点上才能解释通许多从微观或宏观角度解释不通的一些现象，比如：在振动时效处理过程中我们只需施加一个方向的主动应力，就能消除包括垂直主应力方向上的所有残余应力等。