Warunkiem dyfuzyjnego nasycenia metalu innymi pierwiastkami jest zastosowanie chemicznie aktywnej atmosfery i odpowiednio wysokiej temperatury, w której może zachodzić dyfuzja wprowadzająca aktywne atomy w warstwę wierzchnią i powodująca reakcje chemiczne tworzące powierzchnie o dużej twardości i odporności na ścieranie.
Nawęglanie - jest to dyfuzyjne nasycanie stali węglem. Poddaje się temu stale niskowęglowe o zawartości do ok. 0,2 %C, przez co zawartość C zwiększa się do ok. 1 %. Po zahartowaniu uzyskuje się wysoką twardość powierzchni i ciągliwy rdzeń. Nawęglanie przeprowadza się w temp. 930 oC zwykle ok. 10 godzin. Można je przeprowadzać w ośrodkach stałych, ciekłych i gazowych.
Azotowanie - jest to nasycanie warstwy wierzchniej azotem, w wyniku czego uzyskuje się dużą twardość i odporność na zmęczenie. Przeprowadza się w temperaturze 550 oC. Do azotowania stosuje się atmosferę dysocjowanego amoniaku, w której występują aktywne atomy azotu. Jest to kosztowna obróbka, gdyż bardzo długotrwała (ok. 40 godzin) i dlatego stosowane jest w przypadku szczególnie odpowiedzialnych elementów.
Siarkowanie - do siarkowania dyfuzyjnego może być stosowana metoda elektrolityczna. Temperatura kąpieli to ok. 220 oC, skład: rodanek potasowy 80%, sodowy 15%, reszta Na2S2O3, polaryzacja przemienna, gęstość prądu ok. 3 A/cm2, czas obróbki to ok. 10 min. Dzięki tej obróbce uzyskujemy wzrost żywotności narzędzi do nawet 400%.
Borowanie - nasycanie warstwy powierzchniowej stali borem. W wyniku borowania powstają związki boru z żelazem (borki) o wysokiej twardości (borek bogatszy w bor jest twardszy ale i bardziej kruchy). Warstwy borowane cechują się bardzo dużą odpornością na ścieranie i są zwykle stosowane gdy smarowanie jest skąpe gdy nie może być stosowane w ogóle. Borowanie jest stosowane także do utwardzania narzędzi. Borowanie można przeprowadzać w ośrodkach stałych (proszkach), ciekłych lub gazowych.
Węgloazotowanie - jednoczesne nasycanie stali węglem i azotem. Głównymi zaletami tej obróbki jest niższa temperatura i krótszy czas procesu. Może być przeprowadzane w ośrodkach gazowych lub ciekłych w wysokich lub niskich temperaturach. Wegloazotowanie gazowe może być procesem wysokotemperaturowych (750 - 900 oC) i wówczas jest zbliżone do nawęglania- lub niskotemperaturowych (500 - 600 C), kiedy upodabnia się do azotowania. Atmosfera składa się z mieszaniny amoniaku i gazu nawęglającego. Po obróbce wysokotemperaturowej stosuje się hartowanie, natomiast niskotemperaturowe jest poprzedzane ulepszaniem cieplnym.
Utlenianie - łączenie się materii tlenem, zwiększenie wartościowości pierwiastka wskutek oddawania elektronów.
Aluminiowanie - jest to wprowadzenie aluminium do warstwy wierzchniej w celu zwiększenia odporności przedmiotu na wysokie temperatury i chemiczne działanie gazów.
Chromowanie - nasycenie warstwy przypowierzchniowej wyrobów stalowych i żeliwnych chromem w celu podniesienia twardości, odporności na ścieranie, na kwasy i wysoką temperaturę.