固體滲碳是在固體滲碳介質中進行的滲碳過程。滲碳劑由固體炭和催滲劑兩部分組成。固體炭可以是木炭也可以是焦炭。堿金屬或堿金屬的碳酸鹽可用作催滲劑，其醋酸鹽有更好的催滲作用和活性。

固體滲碳的反應是在高溫下滲碳劑發生分解：

Na₂CO₃→Na₂O+CO₂

BaCO₃→BaO+CO₂

高溫下分解出的CO2與熾熱的炭發生還原反應：

CO₂+C→2CO

CO氣體吸附在工件表面，在Fe的催化作用下發生滲碳反應：

2CO→C(Fe)+CO₂

固體滲碳是在充滿滲碳劑的密封不銹鋼制箱中進行的，一股采用箱式電爐加熱滲碳箱。固體滲碳的優點是：無需專用滲碳設備，滲碳工藝簡單，特別適用于沒有專用滲碳設備、批量小、變化多樣的零件。其缺點是滲碳過程質量控制困難，滲碳加熱效率低，能源浪費大。

滲碳工藝中，在800~850℃透燒的目的是減小靠近箱壁的工件與箱體心部工件滲碳層的差別。透燒時間的多少取決于滲碳箱的大小。

滲碳保溫時間取決于滲層的深度要求，在(930±10)℃溫度范圍內，一般滲碳速度為0.1~0.15mm/h。根據滲層深度就可大致估算出保溫時間。

在分級滲碳工藝中，當滲碳深度接近要求深度的下限值時，將爐溫降低到840~860℃保溫一定時間進行擴散，使表面碳濃度降低，滲層增厚，這樣可防止網狀滲碳體的出現。對于本質細晶粒鋼，可免去正火清除網狀滲碳體的過程，滲碳后直接淬火。

固體滲碳的操作主要體現在使用試樣來確定獲得所要求的滲層深度的出爐時間。在滲碳箱中放置兩種試樣，一種是插入箱內的Φ10mm的鋼棒，要求它與工件材料相同，在滲碳過程中可隨時抽取檢驗；另一種試樣是埋入箱中的，隨件出爐，供滲碳處理后檢查金相組織和硬度。為了能正確反映工件滲碳效果，試樣應靠近工件放置。

雖然固體滲碳有很多優點，如可以用各種形式的加熱爐、不需要任何控制氣氛、對小批量和大工件比較經濟、不需要特殊緩冷設備等；但它也有很多不利之處，如工作環境條件差，在要求較淺的滲碳層時不易控制滲碳層深度、含碳量及碳濃度的梯度，需要直接淬火時操作比較困難等。為了消除這些缺點，改善工作條件，提高效率，常需要采用氣體滲碳法。