滲氮常稱為氮化，就是將工件放在含氮介質中，加熱到較低溫度（480～600℃），使氮滲入其表面，形成以氮化物為主的滲層。有些鋼種的氮化層硬度高達1000～1200HV，滲后不必進行提高硬度的淬火處理。氮化層的高硬度是因高硬度氮化物彌散分布在基體中所造成的，隨滲氮溫度溫度升高，氮化物片厚度增加，與母相的共格關系開始破壞，硬度降低。氮化層的耐磨性遠高于滲碳層，滲氮工件的變形小，處理后不再進行加工就可以使用，高精度的工件也只需要精磨、研磨或拋光。在滲氮層中形成大的殘余壓應力，有利于提高零件的疲勞強度。滲氮溫度一般稍代于淬火鋼的回火溫度范圍。調質狀態的結構鋼滲氮時，工件心部保持了狀態的回火索氏體組織，在得到高硬度表面的同時具有良好的綜合力學性能。

氮化層具一定熱硬性，在500℃以下能長時期保持高硬度。在600℃短時間加熱，硬度也不降低，而當溫度超過600～625℃時，由于高彌散分布的氮化物的聚集，而使氮化層硬度下降。為了工件心部具有必要的力學性能，滲氮前一般要進行調質處理，獲得回火索氏體組織。滲氮往往是最后一道工序，因而氮化前要求加工到足夠的精度，為了消除加工應力和減少滲氮過程的變形，一般在機械加工后要進行1、2次除應力回火。

根據滲氮的目的，可分強化滲氮（硬滲氮）和抗蝕滲氮，對要求表面硬度高、耐磨性好、熱處理變形小的高精度工件，多采用強化滲氮，如精密機床的主軸、鏜床的鏜桿、發動機缸套、液壓泵的分配軸等。為了提高碳鋼、合金鋼、塑料模具鋼及電工鋼工件的抗蝕能力，則對其進行抗蝕滲氮。抗蝕滲氮適用于對抗蝕性要求不太高的小零件，如儀表、打字機、縫紉機的零件。抗蝕滲氮是在工件表面獲得0.015～0.06mm厚的致密的、化學穩定性好的ε相滲氮層。對潮濕空氣、過熱空氣、海水、氣體燃燒產生的氣體具有一定耐蝕能力。抗蝕滲氮溫度比強化滲氮的溫度高（550～650℃），滲氮后可以快冷。

滲氮用鋼中常加入鉻、鉬、鎢、釩、鈦、鋁等形成穩定氮化物的元素。這些元素與氮形成高硬度、彌散分布的AlN、MoN、Mo₂N、WN、W₂N、CrN、Cr₃N等氮化物，能提高滲氮層的硬度和強度，其中鋁、鐵、釩的氮化物尤為顯著。鋼中加入鉬和鋁，可改善擴散層的性能。38CrMoAl是最典型的滲氮鋼種，38CrMoAl鋼于560℃滲氮后，在氮化層中形成與母相有一定取向關系的片狀氮化物，片厚約為5～6mm，硬度可達1000～1200HV。為克服該鋼脆性大的缺點研制為30CrAl（ω（Al）0.5%Al）、25CrMoAl（ω（Al）0.5%Al）等鋼。含鈦鋼在600℃滲氮3～6h后。滲氮層硬度為850～1000HV，深度為0.3～0.45mm，含鈦氮化鋼滲氮溫度可提高到650℃，滲氮時間可縮短到6～10h，硬度為1000HV，層深為0.50mm左右。