改善材料的生物相容性是等离子体离子注入的另一个成功应用，等离子体注入可单独应用，也可结合PVD或CVD工艺实现。比如，标准的低温各向同性热解碳，在活体内表现为强的影像形态血栓聚集，但是用PIII氧处理过的钛基生物材料，在放入活体内后没有出现明显的血栓。通过氧离子轰击，控制氧化物生长，使其生成金红石相。

另外，经PIII处理的LTI碳材料，其生物相容性也得到了很大的改善，植入活体后其血小板密度明显降低。可能是在氮气注入之后，CN表面层的形成导致。直到现在，这些很有应用价值的材料，还没有被用于常规手术中，因为有很多阻碍因素。举例来说，法律规定：“在将一种新型人工合成材料植入人体之前，需要经过长时间的测试和临床试验等程序”，这就需要有一个合法的程序。

PII该技术已成功应用于非金属材料的离子注入。用常规离子注入时，非金属材料易带电，由于静电会使材料表面的离子被排斥，所以在等离子环境中进行PII处理时，等离子体中的电子自动完成电荷中和。