化學熱處理從廣義上來說，可以分為表面擴散滲入和表面涂（噴涂、鍍、刷鍍）覆（物理、化學沉積，電場磁場沉積）兩大類型。

（1）表面擴散滲入

按照表面化學成分的變化特點，擴散滲入又可分為四個類別：滲入各種非金屬元素；滲入各種金屬元素；同是滲入金-非金屬元素；擴散消除雜質元素。

按照滲入元素與鋼中元素形成的相結構，擴散滲入型化學熱處理還可分為兩類：第一類是滲入元素溶于劑元素的晶格中形成金屬固溶體，例如滲碳（固溶擴散或界面擴散）；第二類是反應擴散，此類又可分兩種，第一種植滲入元素與鋼中元素形成金屬間化合物，例如氮化，第二種是滲入元素在溶劑元素晶格中的溶解度很小，滲入元素與鋼中元素形成有序相，例如滲硼。

此外，按照滲入元素對鋼件表面性能的作用，擴散滲入型化學熱處理又可分為：提高表面硬度、耐磨性和疲勞強度類（如滲碳、氮化、碳氮共滲等）；提高抗咬合、抗擦傷性類（如滲硫、磷化、氮化、蒸汽處理等）；的高抗腐蝕性為（如滲硅、滲鉻、滲氮等）；提高抗氧化、耐高溫性能類（如滲鋁、滲鉻滲鎳等）。

（2）表面涂覆

化學熱處理的另一在類似表面涂覆，亦稱表面覆蓋或表面沉積等。這類化學熱處理是在工件表面形成一層極薄、極硬、耐磨、熱穩定性好、化學穩定性高的金屬碳化物、氮化物、硼化物或者其它金屬化合物等的覆蓋層，如化學氣相沉積（CVD法）TiC等；物理氣相沉積（PVD法）TiC、TiN、ZrC、VC、Al₂O₃、BN等。物理氣相沉積發展較快，其方法也較多，有具空濺射沉積、等離子法和離子沉積法。離子沉積法中又有離子鍍、高頻離子鍍、活性反應蒸鍍、空心陰極蒸鍍等。此外，也可用液體法（如鹽浴法、電泳法）和固體法（如粉末裝箱法、涂膏劑法）在工件表面形成碳化物、氮化物、硼化等涂覆層。

（3）其它方法

隨著科學技術的發展，化學熱處理的類別著工藝方法和設備的不斷更新，有了許多新的發展，例如，為了加速化學熱處理過程，采用了化學催滲（如電解氣相催滲、潔凈催滲）和物理催滲（輝光放電、熔鹽電解、真空、超專利波、電場、磁場、應力場、流態床）等方法。此外，還采用了復合滲工藝，如C-N-B、C-N、S-N、S-C-N共滲等；還發展了復合處理工藝，如氮化加高頻淬火、軟氮化加高頻淬火、滲硫軟氮化加蒸汽處理等。特別是隨著化學熱處理設備的改進，逐步發展了使用高頻感應加熱滲入法、真空滲入法、離子轟擊滲入法、電解滲入法、可抭氣氛滲入法、流態化爐床滲入法等。