Ta metoda je, da obdelovanec postavite v peč za nitriranje, peč vnaprej izpraznite na {{0}}~10-3 Torr (mmHg), nato uvedete plin N2 ali N2 + H2 mešani plin, nastavite peč na 1~10 Torr, povežite ohišje peči z anodo, povežite obdelovanec s katodo in prenesite enosmerno napetost nekaj sto voltov med elektrodama. V tem času bo plin N2 v peči proizvedel briljantno razelektritev, da se tvorijo pozitivni ioni, ki se premaknejo na delovno površino. V trenutku katodna napetost močno pade, kar povzroči, da pozitivni ioni z veliko hitrostjo hitijo na površino katode in pretvarjajo kinetično energijo v plinsko energijo, tako da se lahko površinska temperatura obdelovanca poveča. Zaradi vpliva dušikovih ionov se Fe.CO in drugi elementi na površini obdelovanca razpršijo in združijo z dušikovimi ioni, da tvorijo FeN, tako da se železov nitrid postopoma adsorbira na obdelovancu in povzroči nitriranje. Ionsko nitriranje v bistvu uporablja dušik, če pa se doda ogljikovodik, se lahko izvede ionsko mehko nitriranje, vendar se na splošno imenuje ionsko nitriranje. Koncentracija dušika na površini obdelovanca lahko spremeni razmerje parcialnega tlaka mešanega plina (N2 + H2). Med čistim ionskim nitriranjem enofazna struktura r′ (Fe4N) na delovni površini vsebuje 5.7-6.1 masnih % N, debelina pa je znotraj 10 μm. Ta sestavljena plast je močna in žilava, vendar ni porozna in je ni lahko odpasti. Ker železov nitrid nenehno adsorbira obdelovanec in difundira v notranjost, se struktura od površine do notranjosti spreminja v vrstnem redu FeN → Fe2N → Fe3N → Fe4N. Enofazni ε (Fe3N) vsebuje 5.7-11.0% wt N, enofazni ξ (Fe2N) pa vsebuje 11.0-11.35% wt N. Najprej ionsko nitriranje ustvari r-fazo in nato doda plinski sistem ogljikovodikov, da ga spremeni v sestavljeno plast in difuzijsko plast ε faze. Povečanje difuzijske plasti je zelo koristno za povečanje utrujenostne trdnosti. Odpornost proti koroziji je najboljša v fazi ε.
