化學熱處理是將工件置入含有活性原子的特定介質中加熱和保溫，使介質中一種或幾種元素（如C、N、Si、B、Al、Cr、W等）滲入工件表面，以改變表層的化學成分和組織，達到工件使用性能要求的熱處理工藝。其特點是既改變工件表面層的組織，又改變化學成分。它可獲得比表面淬火更高的硬度、耐磨性和疲勞強度，并可提高工件表層的耐蝕性和高溫抗氧化性。常用的化學熱處理方法包括：滲碳、滲氮、碳氮共滲、滲硫、硫氮共滲、滲硼、硼氮共滲、滲鋁、滲鉻、滲硅、滲鋅、鹽浴滲金屬等。

各種化學熱處理都是由以下三個基本過程組成的。

(1)分解  由介質中分解出滲入元素的活性原子。

(2)吸收  工件表面對活性原子進行吸收。吸收的方式有兩種，即活性原子由鋼的表面進入鐵的晶格形成固溶體，或與鋼中的某種元素形成化合物。

(3)擴散  已被工件表面吸收的原子，在一定溫度下，由表面往里遷移，形成一定厚度的擴散層。