Karbonitrasyon işlemi çelik parçası yüzeyine aynı zamanda karbon ve azot veren bir termokimyasal işlemdir. İşlem gaz veya sıvı ortamda genel olarak 800-900ºC 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. Daha çok küçük ve ince saç parçalara uygulanır. Oluşan tabakanın sertleştirilmesi için su veya yağ ortamında su verme uygulanır. Yüzeyde oluşan tabaka oldukça ince olduğu için genel olarak karbonitrasyon yapılmış parçalara meneviş uygulanmaz.
