表面扩散处理是通过在高温环境下使致色元素离子渗透至宝石表层，实现颜色优化的技术。该技术主要应用于
蓝宝石、
红宝石、
托帕石等宝石品种，通过覆盖致色物质并加热至接近宝石熔点温度（通常1600-1850℃），使Fe、Ti、
Co等元素在宝石表面形成0.004-0.4mm的着色层。处理过程中需控制恒温时间与氧化还原环境，高温处理可能导致表面损伤，需通过轻微抛光保留颜色层。鉴别特征包括刻面棱线颜色富集、浸油色差效应及紫外短波下的白垩状荧光。
表面扩散处理基于元素置换原理，在高温条件下致色离子通过
晶体缺陷（
位错、
空位）迁移至宝石表层晶格中。渗剂由
氧化物（如TiO2、Fe2O3）、
活化剂（
卤化物）及
填充剂（Al2O3）组成，活化剂降低致色元素熔点促进扩散。元素渗透需满足原子半径差异＜15%、化学键性相近及电价平衡的条件，例如Ti4+（0.68Å）置换Al3+（0.54Å）实现蓝宝石蓝色优化。