Es un tratamiento térmico superficial basado en una difusión termoquímica en la superficie de la pieza. Se trata de un enriquecimiento superficial simultáneo en carbono y nitrógeno.
Consiste en el mantenimiento de las piezas a una determinada temperatura en un medio líquido o gaseoso capaz de aportar carbono y nitrógeno. Pequeñas cantidades de carbono y nitrógeno pueden difundirse en el acero mantenido en un baño de nitruración de cianuros-cianatos, y en un baño de cementación de cianuros-cloruros.
La carbonitruración puede realizarse a baja temperatura (inferior a A1 ~ 700ºC), o a temperatura alta (inferior a A3~ 730-900ºC).
La capa carbonitrurada proporciona elevada dureza, resistencia al desgaste y resistencia a la fatiga. Mejora las condiciones de frotamiento reduciendo la adherencia, y mejora la resistencia a la corrosión.
Al ser un tratamiento realizado a menor temperatura que la cementación (por el efecto gammágeno del nitrógeno), las deformaciones de las piezas son menores.