Nhiệt luyện Chân không thấm nitơ là một xử lý nhiệt quá trình khuếch tán nitơ vào bề mặt của vật liệu kim loại tạo ra một trường hợp cứng bề mặt vật liệu cần tôi hoặc nhiệt luyện. Các quá trình này được sử dụng phổ biến nhất trên vật liệu carbon thấp, Thép hợp kim thấp, tuy nhiên họ cũng được sử dụng trên thép hợp kim trung bình và thép carbon trung bình cũng như thép hợp kim cao và thép carbon cao, titan, nhôm và molypden.

Thấm carbon là một quá trình Nhiệt Luyện - Xử lý nhiệt trong đó sắt hoặc thép được gia nhiệt với sự có mặt của vật liệu khác (dưới điểm nóng chảy của sắt) có thể giải phóng ra carbon khi nó phân hủy. Bề mặt bên ngoài sẽ có hàm lượng carbon cao hơn so với ban đầu. Khi sắt hoặc thép được làm nguội nhanh bằng cách tôi, vùng bề mặt bên ngoài với hàm lượng carbon cao sẽ trở nên cứng, trong khi phần lõi vẫn giữ được tính mềm và dai.

Trong phương pháp tôi nitơ, một lớp mỏng vùng biên của chi tiết bằng thép nitơ hóa được làm giàu với nitơ, do đó phát sinh một vùng biên rất cứng và có độ bền mài mòn. ở phương pháp Thấm nitơ, việc tăng độ cứng không dựa vào vào cấu tạo mactensit mà là cấu tạo hợp chất nitơ (nitrua) cực kỳ cứng ở lớp vùng biên của chi tiết.