С использованием методик микрорентгеноспектрального анализа, оже-электронной спектроскопии и электронно-микроскопического темнопольного анализа изгиба-кручения кристаллической решётки выполнено исследование элементного состава и структурно-фазового состояния покрытий нитрида титана на плоской поверхности и в разрезе подложки из стали 12Х18Н10Т. Установлено, что покрытие в разрезе в сравнении с фронтальной поверхностью имеет модифицированный элементный состав и двуслоевую структуру, особенности которых, как и толщина слоёв, меняются в зависимости от расстояния от поверхности образца. Показано, что данные изменения связаны с фазовыми превращениями, уменьшением степени дефектности, дисперсности структуры слоёв и росте концентраций примесных элементов с удалением от поверхности подложки. На основе полученных результатов обсуждаются возможные условия формирования структуры покрытий в разрезе поверхности подложки.