化学热处理从广义上来说，可以分为表面扩散渗入和表面涂（喷涂、镀、刷镀）覆（物理、化学沉积，电场磁场沉积）两大类型。
（1）表面扩散渗入
按照表面化学成分的变化特点，扩散渗入又可分为四个类别：渗入各种非金属元素；渗入各种金属元素；同是渗入金-非金属元素；扩散消除杂质元素。
按照渗入元素与钢中元素形成的相结构，扩散渗入型化学热处理还可分为两类：第一类是渗入元素溶于剂元素的晶格中形成金属固溶体，例如渗碳（固溶扩散或界面扩散）；第二类是反应扩散，此类又可分两种，第一种植渗入元素与钢中元素形成金属间化合物，例如氮化，第二种是渗入元素在溶剂元素晶格中的溶解度很小，渗入元素与钢中元素形成有序相，例如渗硼。
此外，按照渗入元素对钢件表面性能的作用，扩散渗入型化学热处理又可分为：提高表面硬度、耐磨性和疲劳强度类（如渗碳、氮化、碳氮共渗等）；提高抗咬合、抗擦伤性类（如渗硫、磷化、氮化、蒸汽处理等）；的高抗腐蚀性为（如渗硅、渗铬、渗氮等）；提高抗氧化、耐高温性能类（如渗铝、渗铬渗镍等）。
（2）表面涂覆
化学热处理的另一在类似表面涂覆，亦称表面覆盖或表面沉积等。这类化学热处理是在工件表面形成一层极薄、极硬、耐磨、热稳定性好、化学稳定性高的金属碳化物、氮化物、硼化物或者其它金属化合物等的覆盖层，如化学气相沉积（CVD法）TiC等；物理气相沉积（PVD法）TiC、TiN、ZrC、VC、Al2O3、BN等。物理气相沉积发展较快，其方法也较多，有具空溅射沉积、等离子法和离子沉积法。离子沉积法中又有离子镀、高频离子镀、活性反应蒸镀、空心阴极蒸镀等。此外，也可用液体法（如盐浴法、电泳法）和固体法（如粉末装箱法、涂膏剂法）在工件表面形成碳化物、氮化物、硼化等涂覆层。
（3）其它方法
随着科学技术的发展，化学热处理的类别着工艺方法和设备的不断更新，有了许多新的发展，例如，为了加速化学热处理过程，采用了化学催渗（如电解气相催渗、洁净催渗）和物理催渗（辉光放电、熔盐电解、真空、超专利波、电场、磁场、应力场、流态床）等方法。此外，还采用了复合渗工艺，如C-N-B、C-N、S-N、S-C-N共渗等；还发展了复合处理工艺，如氮化加高频淬火、软氮化加高频淬火、渗硫软氮化加蒸汽处理等。特别是随着化学热处理设备的改进，逐步发展了使用高频感应加热渗入法、真空渗入法、离子轰击渗入法、电解渗入法、可抭气氛渗入法、流态化炉床渗入法等。
