Хи́мико-терми́ческая обрабо́тка мета́ллов и спла́вов, одновременное химическое и тепловое воздействие главным образом на металлические детали (изделия), приводящее к изменению химического состава и структуры в поверхностных слоях (иногда во всём объёме изделия). Применяют для создания оптимального сочетания поверхностных и объёмных свойств материала (например, для создания твёрдой, износостойкой поверхности при сохранении вязкой, пластичной основы, а также для повышения коррозионной стойкости).

Химико-термическую обработку осуществляют при нагревании изделия в химически активной среде в течение нескольких часов при температуре, составляющей 0,5–0,8 температуры плавления основного компонента металлического изделия. Во время выдержки поверхность изделия вследствие диффузии из внешней среды обогащается химическими элементами. Выбор элемента (или комплекса элементов) определяется требуемыми свойствами поверхности детали.

В зависимости от агрегатного состояния внешней среды различают химико-термическую обработку в твёрдой, жидкой и газовой фазах.

Химико-термическую обработку классифицируют по вводимым элементам при диффузионном насыщении: углеродом (С) (цементация), азотом (N) (азотирование), азотом и углеродом (нитроцементация, карбонитрирование или цианирование), серой (S) (сульфидирование), кремнием (Si) (силицирование), алюминием (Al) (алитирование), хромом (Cr) (хромирование), цинком (Zn) (цинкование) и др.