离子渗氮在真空室中进行，工件连接到高压直流电源的负极，真空时钟单独连接到正极。在真空室的真空度被泵至66.67帕之后，填充少量的氮气或氢气和氮气的混合气体。当电压调节到400 ~ 800伏时，氮被电离并分解成氮离子、氢离子和电子，在工件表面产生辉光放电。在电场的作用下，正离子加速轰击工件表面，使工件加热到氮化温度。氮离子在钢片表面获得电子，还原成氮原子，渗入钢片表面并扩散到内部形成氮化层。

离子渗氮的优点：
1)良好的工作环境。由于离子氮化法不依赖化学反应，而是使用离子化的含氮气体进行离子氮化处理，因此工作环境非常清洁，无需特殊准备以防止公共危害。
2)离子渗氮渗透速度快。由于离子氮化利用了电离气体的溅射，处理时间可以大大缩短(离子渗氮时间仅为普通气体渗氮时间的1/3~1/5)。

3)能耗更低。因为离子氮化法通过辉光放电直接加热工件。不需要特殊的加热保温设备，温度分布均匀，加热效率比间接加热方式棚提高2倍以上，达到节能效果，处理成本大大降低。
5)氮化结构易于控制。通过调整氮、氧和其他(如碳、氧、硫等)的比例。)气氛下，可以自由调节复合层的棚的组成，从而获得预期的机械性能。
6)适应范围广。可用于不锈钢模具的氮化，可在离子轰击的作用下，通过内部运动去除不锈钢和耐热钢模具表面的钝化膜，并可直接氮化不锈钢模具。
7)离子渗氮中局部渗氮容易实现。