⑴ Povrchové kalení:
Povrch oceli se rychle zahřeje na kritickou teplotu, ale teplo se nestihne rozšířit k jádru před rychlým ochlazením, takže povrchová vrstva se může zkalit do martenzitické tkáně a jádro neprojde fázovou transformací, což vede k povrchovému zpevnění a jádro zůstává nezměněno. Vhodné pro středně uhlíkovou ocel.

⑵ Chemické tepelné zpracování:
Vztahuje se na atomy chemických prvků, které mají schopnost atomové difúze za vysokých teplot pronikat do povrchové vrstvy obrobku a měnit její chemické složení a strukturu, čímž se dosáhne povrchové vrstvy oceli se specifickými požadavky na organizaci a provedení procesu tepelného zpracování. Podle druhu infiltračních prvků lze chemické tepelné zpracování rozdělit na cementaci, nitridaci, kyanidaci a infiltraci kovů.
Cementace: Cementace je proces, při kterém atomy uhlíku pronikají do povrchové vrstvy oceli. Spočívá v tom, že se obrobek z nízkouhlíkové oceli vytvoří s povrchovou vrstvou z vysokouhlíkové oceli a následně se kalí a popouštějí za nízkých teplot, čímž se dosáhne vysoké tvrdosti a odolnosti proti opotřebení povrchové vrstvy obrobku a střední část obrobku si zachová houževnatost a plasticitu nízkouhlíkové oceli.
Nitridace neboli nitridace je proces, při kterém do povrchové vrstvy oceli pronikají atomy dusíku. Účelem je zlepšit tvrdost a odolnost povrchové vrstvy proti opotřebení a zlepšit únavovou pevnost a odolnost proti korozi. V současné době se ve výrobě používá metoda plynové nitridace.
Kyanidace, známá také jako karbonitridace, je současná infiltrace atomů uhlíku a dusíku do oceli. Povrch oceli tak získává vlastnosti cementace a nitridace.
Penetrace kovu: označuje pronikání atomů kovu do povrchové vrstvy oceli. Jeho účelem je legování povrchové vrstvy oceli, aby povrch obrobku získal určité vlastnosti legované oceli, jako je tepelná odolnost, odolnost proti opotřebení, oxidační odolnost, odolnost proti korozi atd. Běžně se používá při výrobě hliníkování, chromování, boritování, křemíku a dalších procesů.