This in vitro study aimed to investigate the effect of plasma ion implantation nitriding on titanium's surface properties and initial cell response. Grade 4 titanium discs (12.7 × 2 mm) were blasted with aluminum oxide particles to create moderately rough surfaces. The experimental discs (TiN) were nitrided using the plasma ion implantation technique in a vacuum chamber. Surface characterization was performed using laser confocal microscopy, atomic force microscopy (AFM), and X-ray photoelectron spectroscopy (XPS). Surface wettability was assessed by measuring the contact angle of a sessile drop using a goniometer. Human osteoblast cells were seeded on the discs to evaluate cell attachment and proliferation at 1, 3, 5, and 7 days of culture using a tetrazolium compound assay. Alkaline phosphatase (ALP) activity was measured at day 7 to assess cell differentiation. Cell morphology was examined by scanning electron microscopy (SEM) and confocal laser scanning microscopy. The TiN group exhibited similar micro-roughness to the control group; however, it displayed a higher density of nanostructures, increased nitrogen content, and slightly improved wettability. Cell proliferation and ALP activity were similar between the groups after seven days of culture. In conclusion, plasma ion implantation nitriding enhances surface nanofeatures and wettability without compromising the biocompatibility of titanium, making it a promising surface modification technique for dental and orthopedic implants. Este estudo in vitro teve como objetivo investigar o efeito da nitretação por implantação iônica de plasma nas propriedades de superfície do titânio e na resposta celular inicial. Discos de titânio grau 4 (12,7 × 2 mm) foram jateados com partículas de óxido de alumínio para criar superfícies moderadamente rugosas. Os discos experimentais (TiN) foram nitrados usando a técnica de implantação iônica de plasma em uma câmara de vácuo. A caracterização da superfície foi realizada usando microscopia confocal a laser, microscopia de força atômica (AFM) e espectroscopia de fotoelétrons de raios X (XPS). A molhabilidade da superfície foi avaliada medindo o ângulo de contato de uma gota séssil usando um goniômetro. Células osteoblásticas humanas foram semeadas nos discos para avaliar a adesão e proliferação celular nos dias 1, 3, 5 e 7 de cultura, usando um ensaio de composto de tetrazólio. A atividade da fosfatase alcalina (ALP) foi medida no dia 7 para avaliar a diferenciação celular. A morfologia celular foi examinada por microscopia eletrônica de varredura (SEM) e microscopia confocal a laser. O grupo TiN exibiu micro-rugosidade similar ao grupo controle; no entanto, apresentou maior densidade de nanostruturas, aumento do conteúdo de nitrogênio e ligeira melhoria na molhabilidade. A proliferação celular e a atividade da ALP foram similares entre os grupos após sete dias de cultura. Em conclusão, a nitretação por implantação iônica de plasma melhora as nanocaracterísticas da superfície e a molhabilidade sem comprometer a biocompatibilidade do titânio, tornando-se uma técnica promissora de modificação de superfície para implantes dentários e ortopédicos.