Ist eine thermochemische Behandlung eines Stahls in stickstoffabgebender Umgebung zur Erzeugung einer hochharten Randschicht mit hohem Verschleißwiderstand. Beim Nitrieren werden die Werkstücke auf eine Temperatur von ca. 500 bis 550°C erwärmt. Stickstoff diffundiert aus dem umgebenden Medium (Gas, Plasma, Salzbad) in die Randschicht ein. Je nach gewünschter Eindringtiefe oder Nitrierhärtetiefe (Nht) dauert der Vorgang oft mehr als 100 h. Anschließend werden die Werkstücke langsam abgekühlt.
Am äußeren Rand bildet sich aufgrund der hohen Stickstoffgehalte eine geschlossene, sehr harte, aber auch spröde Schicht aus Nitriden (Verbindungsschicht), die oftmals unerwünscht und wieder entfernt wird. In der darunter liegenden Schicht scheiden sich Nitride in feinverteilter Form aus (Diffusionsschicht), die über die Hinderniswirkung gegenüber der Bewegung von Versetzungen die Härte und Festigkeit steigert. Je nach Stahlsorte und Behandlungsdauer wird eine Gesamt-Nitriertiefe von 1 bis 2 mm erreicht mit Härtewerten, die bis zu 1200 HV betragen können.  Besonders harte Nitrierschichten werden mit typischen aluminiumhaltigen Nitrierstählen (DIN 17211, EURONORM 85) wie 34 CrAlMo 5 oder 34 CrAlNi 7 erreicht. Grundsätzlich lassen sich aber alle Stähle nitrieren. Über die Härteverlaufskurve von der Oberfläche bis in den Kern eines nitrierten Bauteils wird die Nitrierhärtetiefe (Nht) bestimmt, die eine Aussage über die Nitrierhärte und die erreichte Tiefe tätigt.
Neben einem hohen Verschleißwiderstand wird durch das Nitrieren auch die Dauer[schwing]festigkeit sD von Bauteilen aufgrund dadurch hervorgerufener Druckeigenspannungen deutlich gesteigert. Daher eignet sich diese Behandlung besonders für Getriebeteile.

s. Dauer[schwing]festigkeit sD
s. Nitrierhärtetiefe (Nht)
s. Nitrierstahl
s. Verschleißwiderstand