Η επιμετάλλωση ιόντων είναι μια τεχνική με την οποία επιστρώσεις μιας ουσίας, συνήθως ενός μετάλλου ή μιας ένωσης, εναποτίθενται σε ένα τμήμα ή στην επιφάνεια στόχο. Το υλικό επικάλυψης εξατμίζεται και ιονίζεται από ένα ηλεκτρικό τόξο και στη συνέχεια προωθείται με υψηλή ταχύτητα προς τον στόχο, όπου το ηλεκτρικό φορτίο των ιονισμένων σωματιδίων τα αναγκάζει να δεσμεύονται με την επιφάνεια του στόχου. Αυτή η τεχνική μερικές φορές ονομάζεται φυσική εναπόθεση ατμού. Συνήθως γίνεται σε θάλαμο κενού ή σε ατμόσφαιρα αδρανούς αερίου.
Τα υλικά που πρόκειται να υποστούν επιμετάλλωση ιόντων υποβάλλονται σε επεξεργασία πρώτα για να αφαιρεθεί οποιοδήποτε ξένο υλικό και να καθαριστούν όλες οι επιφάνειες. Αυτό γίνεται στο ίδιο περιβάλλον στο οποίο πρόκειται να γίνει η επιμετάλλωση και ονομάζεται sputtering. Η διαδικασία της επιμετάλλωσης είναι παρόμοια με τη διαδικασία επιμετάλλωσης που ακολουθεί, αλλά ο στόχος βομβαρδίζεται με ιόντα άλλου υλικού, όπως το αέριο αργό, το οποίο απογυμνώνει την επιφάνεια κάθε ξένης ύλης, αντί να συνδέεται με τον στόχο. Η επιφάνεια πρέπει να είναι τέλεια καθαρή για να εξασφαλίζεται η σωστή συγκόλληση του υλικού επίστρωσης.
Μόλις ο στόχος υποβληθεί σε επεξεργασία και προετοιμαστεί για επίστρωση, ξεκινά η διαδικασία επιμετάλλωσης ιόντων. Το υλικό επίστρωσης εξατμίζεται χρησιμοποιώντας ρεύμα ηλεκτρικού τόξου που χρησιμοποιεί πολύ χαμηλή τάση με υψηλή ροή ρεύματος. Αυτό όχι μόνο εξατμίζει το υλικό επικάλυψης, αλλά ιονίζει τα μεμονωμένα άτομα που απωθούν το ένα το άλλο λόγω των πανομοιότυπων ηλεκτρικών φορτίων τους. Αυτός ο ατμός στη συνέχεια προωθείται στον στόχο, στον οποίο δίνεται ένα ασθενές αντίθετο ηλεκτρικό φορτίο για να προσελκύσει το ιονισμένο υλικό επικάλυψης. Αυτό προκαλεί τα εξατμισμένα ιόντα της επικάλυψης να δεσμεύονται στην προετοιμασμένη επιφάνεια.
Η βασική τεχνική για την επίστρωση ιόντων μπορεί να τροποποιηθεί με διάφορους τρόπους. Με την εισαγωγή ορισμένων αερίων και άλλων εξατμισμένων ιόντων στο κλειστό περιβάλλον, είναι δυνατό να συνδυαστούν τα εξατμισμένα ιόντα ενός υλικού με άλλα ιόντα για να δημιουργηθεί μια νέα ένωση που στη συνέχεια συνδέεται με τον στόχο. Ο συνδυασμός διαφορετικών τύπων υλικών επιτρέπει μια μεγάλη ποικιλία επιστρώσεων.
Οι επικαλύψεις που εφαρμόζονται με τεχνικές επιμετάλλωσης ιόντων είναι συχνά πολύ λεπτές και πολύ ομοιόμορφες. Αυτές οι επικαλύψεις μπορεί να έχουν πάχος της τάξης των μικρών. Η δυνατότητα εφαρμογής τέτοιων λεπτών επιστρώσεων ομοιόμορφα καθιστά αυτή την τεχνική καλή για μέρη με ακανόνιστα σχήματα καθώς και για την εφαρμογή επιστρώσεων που δεν μπορούν να εφαρμοστούν με άλλες τεχνικές, όπως η ηλεκτρολυτική επιμετάλλωση.