Do azotowania używa się stali węglowej, niskostopowej i stopowej. Jako medium w procesie tym stosuje się środowisko gazowe z wykorzystaniem amoniaku. Sama operacja bazuje na zapewnieniu w trakcie procesu odpowiedniej termodynamicznej aktywności atmosfery azotującej, określanej umownie poprzez wartość potencjału azotowego. W czasie tego typu obróbki zachodzą trzy podstawowe procesy: dysocjacja amoniaku – polegająca na rozkładzie cząsteczek podgrzanego do temperatury 500 °C gazu i wydzielenia aktywnych atomów pierwiastka dyfundującego – azotu, według równania: 2NH3 ⇌ N2 + 3H2, absorpcja – polegająca na wchłanianiu (rozpuszczaniu) w metalu powstałego azotu, który następnie reaguje z żelazem, tworząc azotek, dyfuzja – polegająca na przemieszczaniu się obcych atomów w sieci przestrzennej obrabianego metalu.

Po azotowaniu, azotki metali, głównie żelaza, a także innych metali stopu, w szczególności aluminium i chromu, tworzą cienką, nie przekraczającą 0,6 mm, oraz bardzo twardą i odporną na ścieranie, warstwę na powierzchni stali. Azotowanie jest procesem długotrwałym;