具有高碳的耐磨層和低碳的高強韌性心部，能承受巨大的沖擊載荷、接觸應力和耐磨。汽車、工程機械和機器制造等行業中，大量使用的齒輪，是滲碳鋼應用中最具有代表性的實例。

滲碳鋼常用的合金鋼系列主要是CrMn系、Cr-Mo 系和Cr-Ni-Mo系等。

保證滲碳鋼心部的組織和性能的核心是淬透性。一般用途的滲碳鋼件的心部組織為50%左右的馬氏體加其他非馬氏體組織。重要用途（如航空滲碳齒輪），心部組織亦應為馬氏體或馬氏體/貝氏體組織。提高淬透性的常用合金元素有鉻、錳、鎳、鉬和棚。從合金化的經濟角度考慮，CrMn系（特別是含硼鋼）值得推薦，但就生產和使用的角度而言，Cr-Mo 系鋼更為優越。重要用途的、高質量要求的滲碳鋼一般均含有一定量的鉬，尤其是對于重載的大型滲碳件更需要。

當心部性能確定后，滲層組織和性能對其使用壽命具有決定性作用。滲層的組織要求為全馬氏體和細小、彌散、球狀分布的合金碳化物。保證滲層組織的核心仍然是淬透性。滲層應具有高的硬度、良好的顯微組織、合理的殘余應力分布和一定的韌性儲備。