Pierwszą fazą procesu jest powstawanie i przenikanie węgla z fazy gazowej do metalu. Węgiel powstaje na skutek reakcji chemicznych, w których kluczową rolę odgrywa tlenek węgla (CO). Węgiel może powstawać na drodze reakcji redukcji tlenku węgla, np. wodorem:
CO + H2 → C + H2O
lub w wyniku reakcji Boudouarda:
2CO ⇌ C + CO2
Powstały w ten sposób węgiel reaguje z żelazem lub innymi metalami (w zależności od składu stali) i odkłada się na powierzchni metalu w formie cementytu (Fe3C) lub innego związku węgla z metalem.
W dalszej części procesu cementyt ulega rozkładowi (Fe3C → 3Fe + C) na żelazo oraz węgiel, który dyfunduje przez warstwę cementytu i wytrąca się w postaci grafitu, który tworzy coraz grubszą warstwę, rozrastającą się na zewnątrz oraz wnikającą w warstwę cementytu w formie "korzeni". Żelazo wytrącone wskutek tej reakcji tworzy metaliczny pył lub ulega dyfuzji przenikając do wewnątrz i tworząc warstwę pomiędzy grafitem a cementytem.