Сущность ХТО в насыщении поверхностного слоя заготовок необходимыми веществами из окружающей среды при одновременном химическом и термическом воздействии. ХТО является одним из наиболее распространённых методов повышения качества поверхностного слоя деталей машин. При ХТО получается качественно новое физико-химическое состояние поверхностного слоя, обеспечивающее повышение износостойкости, коррозионной стойкости и усталостной прочности.
При ХТО выделяют физико-химический и кинематическе параметры процесса. Количество параметров велико и очень сложно учесть их как отдельно, так и взаимное влияние, поэтому при исследованиях часто применяют метод планирования эспериментов.