由于涂层材料和基体材料之间组织结构的不同和物理性能的差异，涂层中会留下残余应力。涂层残余应力主要有组织应力和热应力。
组织应力是由于涂层材料与基体材料组织结构的不同，或经热喷涂工艺处理后，涂层材料产生组织转变，使涂层体积发生变化而导致涂层中存在组织应力。热应力在涂层形成过程中，当熔融态颗粒撞击基体材料表面，在产生变形的同时急速冷却而凝固，粒子凝固过程中体积收缩而产生微观收缩应力，此应力积聚造成涂层整体的残余应力。涂层中的残余应力是由喷涂工艺方法、喷涂条件、涂层材料与基体材料之间物理性能差异造成的。
涂层中的残余应力是热喷涂涂层最典型的特点之一，大多数残余应力是以拉应力存在。残余拉应力影响涂层的使用性能，限制了涂层厚度。工艺上采取很多措施是为了消除和减少残余应力。