将气体渗碳剂通入或滴入高温的渗碳炉中，进行裂化分解，产生活性原子，然后渗入模具表面进行的渗碳就是气体渗碳。气体渗碳法通常采用通入吸热型气体渗碳剂。在温度900~950℃渗碳加扩散处理过程后，在炉内将零件冷却到820~830℃直接淬火，然后采用170～180℃回火。其渗碳深度与渗碳的温度、时间和扩散时间有关。气体渗碳有可靠的气源，化学成分稳定，含硫和其他杂质少，分解过程转化完全，不积或少积炭黑，价格低廉，便于储运管理。

常见的气体渗碳剂有两类：一类是碳氢化合物的有机液体，采用滴入法，将液体渗碳剂（如煤油、苯、甲醇、丙酮等）滴入高温的渗碳炉；另一类是气体，可直接通入渗碳炉中，有天然气、丙烷及吸热式可控气氛。后者成分常随地区、时间而有所不同，较难控制，使产品质量多不稳定；而前者成分稳定，便于控制，但价格较贵。

气体渗碳炉可以分为批装式和连续式两大类。批装式炉是把工件成批装入炉内，渗碳完毕后再成批出炉。连续式炉是把工件依次连续地从炉的一端送入炉中渗碳，而在渗碳完毕后从炉的另一端输出。气体渗碳工艺需要根据工件的钢种、形状、数量、渗碳层深度、渗碳层内碳的浓度及梯度等要求和现有设备条件来选择。影响渗碳层深度、浓度及梯度的主要因素除钢种外，主要是渗碳气体的碳势、渗碳温度和渗碳时间。决定渗碳速度的基本因素是碳在奥氏体中的扩散速度，这种扩散速度随温度的升高而迅速增加。因此，为了加速渗碳的进行，在不导致晶粒粗化的前提下，应采用尽可能高的渗碳温度，一般为900~950℃。但较高的温度容易产生网状碳化物、晶粒粗大，从而降低性能。