以渗碳为主同时渗入氮的化学热处理工艺。它在一定程度上克服了渗氮层硬度虽高但渗层较浅，而渗碳层虽硬化深度大，但表面硬度较低的缺点。

应用较广泛的只有气体法和盐浴法。气体碳氮共渗介质是渗碳剂和渗氮剂的混合气，例如滴煤油(或乙醇、丙酮)、通氨；吸热或放热型气体中酌加高碳势富化气并通氨；三乙醇胺或溶入尿素的醇连续滴注。[C]、[N]原子的产生机制除与渗碳、渗氮相同外，还有共渗剂之间的合成和分解：

CO+NH₃⇔HCN+H₂O

CH₄+NH₃⇔HCN+3H₂

2HCN⇔2[C]+2[N]+H₂

碳氮共渗并淬火、回火后的组织为含氮马氏体、碳氮化合物和残余奥氏体。深0.6～1.0mm的碳氮共渗层的强度、耐磨性与深1.0～1.5mm的渗碳层相当。为减少变形，中等载荷齿轮等可用低于870℃的碳氮共渗代替930℃进行的渗碳。

随着稀土催渗(碳稀土共渗)和可部分取代浅层渗碳与碳氮共渗的氮碳共渗或硫氮碳共渗(见多元共渗)的推广，碳氮共渗的应用面有变窄趋势。