Dünne Schichten kommen aufgrund ihrer speziellen funktionalen Eigenschaften in einem breiten Anwendungsspektrum zum Einsatz. Eines ihrer Einsatzgebiete ist der Schutz zerspanender Werkzeuge durch Beschichtung mit Hartstoffschichten, wobei Werkzeuglebensdauer und -leistung erheblich gesteigert werden können. Dabei liegen bei den meisten Dünnschichten Querschnitts- (d.h. Tiefen-)gradienten der Mikrostruktur vor. Äquivalente Gradienten sind bei den mechanischen und funktionalen Eigenschaften zu beobachten. Diese Gradienten können Folge des Schicht-Abscheidevorganges aus der Gasphase sein, oder nachträglich durch äußere Faktoren (mechanische oder thermische Belastung, Oxidation) eingebracht werden. Sie erweisen sich als leistungskritisch in einer Vielzahl von Anwendungsfällen, so auch beim Einsatz beschichteter Schneidewerkzeuge. Ihre Charakterisierung ist von entscheidender Bedeutung für das Auffinden von Struktur-Eigenschafts-Beziehungen und die darauf aufbauende wissensbasierte Weiterentwicklung funktionaler Dünnschichten. Die Abbildung dieser Gradienten, stellt dabei hohe Anforderungen an die Ortsauflösung der verwendeten Untersuchungsverfahren. Um den Querschnittsverlauf nano-skalierter Schichtstrukturen und -eigenschaften aufzulösen, wurden im Rahmen dieser Arbeit Synchrotron-Röntgen-Nanobeugung, Nanoindentation, Elektronenmikroskopie sowie Experimente mit Mikro-Biegebalken eingesetzt. Neben der entscheidenden Rolle von Struktur- und Eigenschaftsgradienten in Hartstoffschichten auf Schneidewerkzeugen, ist auch das Verhalten des schichtnahen Substratbereiches von erheblichem Interesse für das Verständnis und die Modellierung von Zerspanungsvorgängen. Ein Teil dieser Arbeit befaßt sich daher mit der Untersuchung des Verhaltens schichtnaher WC-Co-Regionen unter zyklischer thermischer Belastung durch Laserbestrahlung. Die vorliegende Arbeit stellt zwei Modellfälle querschnittsaufgelöster, nano-analytischer Charakterisierungen von Dünnschichten vor, während eine dritte Studie sich mit Plastifizierungsvorgängen in schichtnahen WC-Co-Substratregionen beschäftigt. Bei den vorgestellten Studien handelt es sich um: Die Anwendung von Synchrotron-Röntgen-Nanobeugung, Transmissions-Elektronenmikroskopie und In-situ-Experimenten mit Mikro-Biegebalken zur querschnittsaufgelösten Charakterisierung des Oberflächen-Oxidationsverhaltens einer CVD-TiN/TiB2-Hartstoffschicht. Dabei konnte die Auswirkung der Oxidation auf Gradienten von Mikrostruktur, Eigenspannungszustand und mechanische Eigenschaften en détail untersucht, und die ausgeprägte Oxidationsbeständigkeit der TiB2-Schichtlage bestätigt werden. Die querschnittsaufgelöste Untersuchung einer CVD-Diamantschicht, bestehend aus jeweils einer nanokristallinen wie einer polykristallinen Schichtlage. Unter Verwendung von Synchrotron-Röntgen-Nanobeugung, Elektronen-Rückstreubeugung, Nanoindentation und Mikro-Biegebalken-Versuchen konnten komplexe Beziehungen der Gradienten von Mikrostruktur, Eigenspannungszustand, mechanischen Eigenschaften und angewandten Abscheidebedingungen ermittelt werden. Den Einsatz eines komplexen experimentellen Aufbaus, bei dem Synchrotron-Röntgenbeugung in Kombination mit punktueller Laserbestrahlung von mit TiCN und alpha-Al2O3 beschichteten WC-Co-Wendeschneidplättchen angewandt wurde. Dies ermöglichte die Aufzeichnung von Temperatur- und Spannungsverläufen in lokal erhitzten schichtnahen Substratbereichen bei zeitlicher Auflösung im Millisekunden-Bereich. Diese Daten gewähren detaillierten Einblick in die Plastifizierungsmechanismen des WC-Co-Verbundes.