原子及氮原子扩散到金属晶格的间隙中，使晶格不容易滑移，增加表面的杨氏模量及硬度。渗碳氮化常用在便宜，容易加工的低碳钢及中碳钢，使其有一些价格及等级更高，不易加工的钢之表面特性，渗碳氮化后的表面硬度从HRC 55到62不等。在工业化时代之前的一些金属表面硬化制程就不止使用高含碳的材料（例如木炭），也会使用一些高含氮的材料（例如尿素），因此传统的表面硬化就已经是渗碳氮化。
制程.渗碳氮化类似气体渗碳，不过在渗碳气体中加入氨以提供氮原子。工件的表面会吸收氮原子，和碳原子一起扩散到工件