A difusão do nitrogênio promove a grafitização da superfície, resultando em uma camada com propriedades tribológicas similares às do ferro fundido cinzento.

O processo exige que o aço seja mantido em temperaturas superiores à zona crítica (A₃) para garantir a solubilização do nitrogênio na austenita.

A dureza superficial elevada é obtida somente após a realização de uma têmpera drástica em óleo ou água imediatamente após o ciclo de difusão.

O tratamento gera tensões residuais de tração na superfície, o que tende a reduzir a vida em fadiga do componente tratado.

O mecanismo primário de endurecimento baseia-se na precipitação de nitretos de elementos de liga (Al, Cr, Mo, V), dispensando a necessidade de austenitização e posterior transformação martensítica para obtenção da dureza superficial.