Vakuumsko naogljičenje je segrevanje obdelovanca v vakuumu.Ko doseže temperaturo nad kritično točko, ostane nekaj časa, razplini in odstrani oksidni film, nato pa vstopi v prečiščeni plin za naogljičenje in difuzijo.Temperatura naogljičenja pri vakuumskem naogljičenju je visoka, do 1030 ℃, hitrost naogljičenja pa je visoka.Površinska aktivnost karburiranih delov se izboljša z razplinjevanjem in deoksidacijo.Nadaljnja hitrost difuzije je previsoka.Naogljičenje in difuzijo izvajamo večkrat in izmenično, dokler ne dosežemo želene površinske koncentracije in globine.
Globino vakuumskega naogljičenja in površinsko koncentracijo je mogoče nadzorovati;Lahko spremeni metalurške lastnosti površinske plasti kovinskih delov, njegova efektivna globina naogljičenja pa je globlja od dejanske globine naogljičenja drugih metod.