將氣體滲碳劑通入或滴入高溫的滲碳爐中，進行裂化分解，產生活性原子，然后滲入模具表面進行的滲碳就是氣體滲碳。氣體滲碳法通常采用通入吸熱型氣體滲碳劑。在溫度900~950℃滲碳加擴散處理過程后，在爐內將零件冷卻到820~830℃直接淬火，然后采用170～180℃回火。其滲碳深度與滲碳的溫度、時間和擴散時間有關。氣體滲碳有可靠的氣源，化學成分穩定，含硫和其他雜質少，分解過程轉化完全，不積或少積炭黑，價格低廉，便于儲運管理。

常見的氣體滲碳劑有兩類：一類是碳氫化合物的有機液體，采用滴入法，將液體滲碳劑（如煤油、苯、甲醇、丙酮等）滴入高溫的滲碳爐；另一類是氣體，可直接通入滲碳爐中，有天然氣、丙烷及吸熱式可控氣氛。后者成分常隨地區、時間而有所不同，較難控制，使產品質量多不穩定；而前者成分穩定，便于控制，但價格較貴。

氣體滲碳爐可以分為批裝式和連續式兩大類。批裝式爐是把工件成批裝入爐內，滲碳完畢后再成批出爐。連續式爐是把工件依次連續地從爐的一端送入爐中滲碳，而在滲碳完畢后從爐的另一端輸出。氣體滲碳工藝需要根據工件的鋼種、形狀、數量、滲碳層深度、滲碳層內碳的濃度及梯度等要求和現有設備條件來選擇。影響滲碳層深度、濃度及梯度的主要因素除鋼種外，主要是滲碳氣體的碳勢、滲碳溫度和滲碳時間。決定滲碳速度的基本因素是碳在奧氏體中的擴散速度，這種擴散速度隨溫度的升高而迅速增加。因此，為了加速滲碳的進行，在不導致晶粒粗化的前提下，應采用盡可能高的滲碳溫度，一般為900~950℃。但較高的溫度容易產生網狀碳化物、晶粒粗大，從而降低性能。