金屬 CMP 是以金屬膜為研磨對象之 CMP 製程的總稱，銅鑲嵌導線的多餘 Cu 去除（Cu-CMP）與接觸插塞的鎢去除（W-CMP）是兩大用途。與削除絕緣膜的氧化物 CMP 不同，它利用先以化學方式使金屬氧化、再以機械方式削除的兩段式反應。
Cu-CMP 的原理是：研磨液中的氧化劑（H₂O₂ 等）將銅表面轉變為氧化物或錯合物，再由磨粒削除這層柔軟的變質層。同時，苯并三唑（BTA）等腐蝕抑制劑會在凹處的銅表面形成保護膜，抑制化學溶解（等向性蝕刻）。在凸處，磨粒以機械方式剝除保護膜，因此只有凸處被選擇性地削除，平坦化得以進行。
製程通常分為2個以上步驟。第1步驟以高速率削除厚的多餘 Cu，第2步驟（阻障層 CMP）則以低速率謹慎削除剩餘的 Cu 與阻障金屬（TaN/Ta），必要時連同底層絕緣膜，以對準終點。對阻障金屬、Cu、絕緣膜各自的選擇比設計，決定了碟形凹陷（dishing）與侵蝕（erosion）的程度。
W-CMP 用於形成鎢插塞。W 以 CVD 沉積於整面，因此要削除接觸窗以外的多餘 W，只在孔內留下插塞。研磨液為酸性並含強氧化劑，研磨時須兼顧與底層 TiN 阻障層及絕緣膜之間的選擇比。W 是堅硬的金屬，研磨碎屑容易劃出刮痕，這一點也需要注意。
金屬 CMP 特有的缺陷包括碟形凹陷（寬導線中央凹陷）、侵蝕（導線密集區整體變低），以及銅的腐蝕與孔洞。這些缺陷直接關係到後續導線層微影的焦深裕度與導線電阻，因此需組合研磨液、研磨墊、壓力與終點偵測加以抑制。研磨後必定以 CMP 後清洗去除殘留研磨液與銅離子。