Thermochemische Behandlung kombiniert Wärmebehandlung mit gezielter Diffusion von Elementen (z.B. C, N, B) in die Randschicht, um Härte, Verschleiß- und Korrosionsbeständigkeit zu steigern. Typische Verfahren sind Einsatzhärten, Carbonitrieren, Nitrocarburieren und Borieren. Die resultierenden Gradienten in Zusammensetzung und Mikrostruktur (Martensit, Nitrid- oder Boridphasen) werden durch Temperatur, Zeit, Atmosphäre und Potenzial präzise eingestellt.