Unter Diffusionsglühen versteht man einen Wärmebehandlungsprozess, der darauf ausgerichtet ist, Konzentrationsunterschiede der Legierungs- und Begleitelemente im Werkstück bzw. Gefüge zu beseitigen. Gefügeungleichmäßigkeiten können sich auf Form, Anordnung oder Abmessungen einzelner Bestandteile beziehen. Die Glühtemperatur sollte möglichst dicht unter der Schmelzlinie (Soliduslinie) liegen. Bei Stahllegierungen je nach Kohlenstoffgehalt findet diese Wärmebehandlung möglichst bei Temperaturen im Bereich von 1100 bis 1300 °C statt. Die Haltezeiten betragen mehrere Stunden (zum Teil bis zu 50 Std.). Der Nachteil des Diffusionsglühens ist zum einen aufgrund des C-Gehaltes eine starke Vergröberung des Gefügekorns, welches durch anschließendes Normalglühen wieder verfeinert werden muss, und zum anderen tritt eine starke Verzunderung und Randentkohlung ein, die deshalb bevorzugt durch Schutzgas erreicht werden muss.
Im Unternehmen Gebr. Löcher Glüherei GmbH wird deshalb das Diffusionsglühen ausschließlich bei Nicht-Eisen- (NE)-Metallen als sogenanntes „Homogenisierungsglühen“ bei deutlich niedrigeren Temperaturen durchgeführt oder mittels „Normalglühen“ als Nachbehandlung zur vorherigen Diffusions-Wärmebehandlung von Stahlblöcken in den Gieß- sowie Walz- und Schmiedewerken.