Proces cienkowarstwowy może obejmować szereg różnych procedur chemicznych lub fizycznych. Najpopularniejszymi technikami przetwarzania cienkich warstw są stosowanie ciekłych lub gazowych chemikaliów, metody odparowywania lub proces napylania. Kombinacje tych technik są również powszechne w procesie cienkowarstwowym, co pozwala na większą kontrolę nad właściwościami produktu końcowego. Proces cienkowarstwowy może mieć charakter fizyczny lub chemiczny.
Do stworzenia cienkiej warstwy można użyć chemikaliów, zarówno w postaci płynnej, jak i gazowej. Na przykład chemiczne osadzanie z fazy gazowej naraża materiał na działanie substancji chemicznej, która rozkłada się lub reaguje z materiałem. Podczas tego procesu często powstają niebezpieczne lub lotne produkty uboczne, dlatego laboratoria muszą być wyposażone do usuwania powstałych chemikaliów. Ogrzewanie podłoża może zwiększyć wzrost cienkiej warstwy podczas chemicznego osadzania z fazy gazowej.
Odparowanie to kolejny powszechny proces cienkowarstwowy. Podczas odparowywania materiał docelowy jest podgrzewany do momentu odparowania lub sublimacji. Gdy substancja jest gazem, jest uwalniana do komory zawierającej podłoże, na którym utworzy się cienka warstwa. Substancja uderza w podłoże i tworzy cienką warstwę.
Istnieje wiele różnych maszyn, których można używać do odparowywania materiałów docelowych. Maszyny te mogą podgrzewać materiał docelowy na podgrzewanej cewce, płycie lub w podgrzewanej komorze. Substancje można również odparować, jeśli trafią w nie wiązka elektronów lub fotonów o dużym natężeniu, na przykład emitowana przez laser.
Proces napylania, zwany również osadzaniem napylania lub reaktywnym napylaniem magnetronowym, jest powszechnie stosowanym procesem cienkowarstwowym. Podczas tego procesu podłoże umieszczane jest w komorze próżniowej w specjalistycznej maszynie. Powietrze jest odsysane z komory, a materiał docelowy jest uwalniany do komory w postaci gazu. Silne magnesy tworzą ładunek, który powoduje jonizację materiału docelowego i osadzanie się na podłożu. Przesuwanie podłoża do przodu i do tyłu podczas tego procesu zapewnia równomierne rozłożenie cienkiej warstwy na jego powierzchni.
W procesie cienkiej warstwy powstają cienkie warstwy różnych pierwiastków lub cząsteczek o grubości od kilku do kilkuset atomów. Cienkie filmy mają wiele zastosowań i są powszechnymi komponentami w komputerach, urządzeniach optycznych oraz jako filtry barwne do aparatów i teleskopów. Cienkie folie są powszechnie wykonywane z tytanu, aluminium, złota, srebra i stopów tych metali. Popularne podłoża to metale, tworzywa sztuczne, szkło i ceramika.