Karbonitrasyon işlemi; çelik parçası yüzeyinde aynı zamanda karbon ve azot verilen bir termokimyasal işlemdir. İşlem atmosfer kontrolünde genel olarak 810-900 °C sıcaklıklarda yapılır. Sementasyona göre daha ince (0,05-0,75 mm) fakat aşınmaya daha dayanıklı bir yüzey tabakası elde edilir ve işlem sıcaklığı daha düşük olduğu için parçaların çarpılma riski daha azdır. Çoğunlukla ince kesitli ve küçük saç parçalara uygulanır. Oluşan tabakanın sertleştirilmesi için su ve yağ ortamında su verme uygulanır. İstenilen yüzey sertliğine göre karbonitrasyon yapılmış parçalara meneviş uygulanır.