隨著涂層技術的發展，單層多元涂層也逐漸被多層的復合涂層所取代。根據不同涂層材料的性能和切削條件，涂覆不同的涂層組合，以發揮各種涂層的優越性能。研究較多且有較好應用的是雙層涂層和層數在3～7之間的多層復合涂層。
　　
　　TiC/TiN雙層涂層兼有TiC涂層的高硬度和高耐磨性，并有TiN涂層良好的化學穩定性和高抗月牙洼磨損性能。由于TiC的熱膨脹系數比TiN更接近基體，涂層的殘余應力較小，與基體結合牢固，并有較高的抗裂紋擴展能力，所以常用作多層涂層的底層。Al2O3涂層有很多優良的性能，但Al2O3與基體的結合強度較差，在基體上先沉積一層TiC或TiN（如TiC/Al2O3，TiN/Al2O3），可以改善Al2O3涂層的結合強度。其它的雙層涂層有TiN/CBN、Al2O3/CBN、TiC/TiBN及Al2O3/Ti2O3等。
　　
　　三層涂層的組合方式很多，例如TiC/TiCN/TiN、TiC/TiCN/Al2O3、TiC/TiN/Al2O3、TiC/Al2O3/TiN、TaC/TiC/TiN、TiN/TiC/TiN和TiCN/TiC/TCN等，都是利用各個單涂層的優點根據不同的切削條件組合而成的。最常見是TiC/TiCN/TiN涂層，這種涂層與TiC/TiN涂層相同，切削性能優于單層TiC和TiN涂層。大多數刀具涂層廠家都有這種組合方式的涂層牌號，如美國Carmet公司的CA9443、CA9721；Kennametal公司的KC210、KC250等。
　　
　　在TiC/TiCN/TiN涂層組合中再加入Al2O3層成為更現代化的涂層。如瑞典SandvikCoromant公司在CIMT2005上新的GC2015牌號刀具是具有TiCN-TiN/Al2O3-TiN結構的復合涂層，其中底層的TiCN與基體的結合強度高，并有良好的耐磨性。TiN/Al2O3的多層結構既耐磨又能抑制裂縫的擴展，表面的TiN具有較好的化學穩定性，又易于觀察刀具的磨損。日本不二越公司開發出一種稱為SG的新型涂層，其結構為TiN/TiCN/Ti，涂層與基體結合強度高，表層為Ti系特殊膜層，具有極好的耐熱性。瑞典Seco刀具公司應用新的MT-CVD生產的TP3000刀片涂層內層的TiCN與基體有較強的結合力和強度，中間的Al2O3作為一種有效的熱屏障可允許有更高的切削速度，外層的TiCN保證抗前刀面和后刀面磨損能力，最外一薄層金黃色的TiN使得容易辨別刀片的磨損狀態。
　　
　　其它的多層涂層組合有如德國Widia公司的TiC/TiCN/TiN/Al(O,N)/TiN涂層，日本三菱金屬公司生產的牌號為U66的TiC/特殊陶瓷/Al2O3涂層；美國VR/Wesson公司生產的牌號為680刀片的TaC/TiC/Al2O3/TiN組合涂層，奧地利Tizit金屬加工公司生產的牌號為StamasterSr17刀片的TiC/TiCN/TiN/陶瓷組合涂層等。