將工件置于一定溫度的活性介質中保溫，使一種或幾種元素滲入它的表層，以改變其化學成分、組織和性能的熱處理工藝，稱為化學熱處理。與其他熱處理相比，化學熱處理不僅改變了鋼的組織，而且表面層的化學成分也發生了變化，因而能更有效地改變表面層的性能。化學熱處理是通過以下三個基本過程來完成的：

(1)分解介質在一定的溫度下，發生化學分解，產生可滲入鋼表面的活性原子。

(2)吸收活性原子被工件表面吸收。例如活性原子溶入鐵的晶格中形成固溶體，或與鐵化合形成金屬化合物等。

(3)擴散滲入工件表面層的活性原子，由表面向中心擴散，形成一定厚度的擴散層（即滲層）。

化學熱處理的種類很多，根據滲入元素的不同，化學熱處理有滲碳、滲氮、碳氮共滲、滲硼、滲金屬等。