En este trabajo se formuló, codificó y validó un modelo matemático para predecir la evolución del campo térmico y microestructural en probetas de acero sometidas al ensayo Jominy. La condición de frontera térmica en la base de la probeta se estimó mediante la solución del problema inverso de conducción de calor (PICC). El modelo se validó comparando los perfiles térmicos experimentales de probetas de acero AISI 304 y AISI 4140 con los calculados con el modelo. Una vez validado, el modelo se aplicó para predecir, mediante el uso de correlaciones empíricas basadas en el perfil microestructural, el perfil de dureza a lo largo de la probeta Jominy para aceros AISI 4140, AISI 1045 y AISI 1080. Se observó una buena aproximación entre los perfiles de dureza experimentales y los calculados con el modelo.