คุณสมบัติที่สำคัญที่สุดของเหล็กก็คือความสามารถในการขึ้นรูปได้ และความทนทานที่ยอดเยี่ยม รวมทั้งยืดหยุ่นได้ดี, มีค่าจุดคราก และการนำความร้อนที่ดี ตลอดจนคุณสมบัติที่สำคัญอีกอย่างหนึ่งที่มีในเหล็กกล้าไร้สนิม นั้นคือความทนทานต่อการกัดกร่อน
คุณสมบัติของเหล็กที่ผ่านการแปรรูปแล้วที่สามารถนำไปใช้ในงานได้หลักๆ คือความทนทานทั้งต่อการใช้งานและสภาพแวดล้อม พร้อมทั้งต้องมีความยืดหยุ่นที่ดี สามารถนำไฟฟ้าและนำความร้อนได้ หลังจากนั้นในกระบวนการเลือกใช้เหล็กให้เหมาะสมกับงานนั้นก็ขึ้นอยู่กับดุลพินิจของวิศวกรผู้ควบคุมงาน ที่ต้องคิดและคำนวณดูปัจจัยในเรื่องต่างๆ ทั้งปัจจัยภายในและภายนอกเพื่อให้เกิดความปลอดภัยต่อผู้ใช้งานมากที่สุด ซึ่งคุณสมบัติของเหล็กก็มีดังนี้
- สภาพยืดหยุ่น (Elasticity)
เป็นคุณสมบัติที่ของแข็งหรือเหล็กสามารถเปลี่ยนรูปร่างรูปทรงได้ เมื่อมีแรงกระทำที่พอดี สามารถแบ่งออกได้อีก 2 ประเภท
- สภาพยืดหยุ่น (elasticity) คือ คุณสมบัติที่วัตถุหรือของแข็งเปลี่ยนแปลงรูปร่างไปเมื่อได้รับแรงกระทำที่เพียงพอและสามารถคืนกลับสู่สภาพปกติได้เมื่อไม่มีแรงมากระทำ
- สภาพพลาสติก (plasticity) คือ คุณสมบัติที่วัตถุเปลี่ยนแปลงรูปร่างไปอย่างถาวรเมื่อได้รับแรงกระทำที่เพียงพอ โดยที่พื้นผิวภายนอกไม่แตกหักหรือฉีกขาด
- ความเค้น (Stress)
เป็นคุณสมบัติทางฟิสิกส์ สามารถอธิบายได้ว่า เป็นความเข้มข้นของแรงกระทำระหว่างอนุภาคภายในของวัตถุหรือของแข็งชิ้นนั้นๆ ต่อแรงภายนอกที่กระทำเพิ่มเข้าไป โดยในกระบวนการทดสอบมาตรฐานของเหล็กนั้น จะใช้การวัดความเข้มข้นของแรงกระทำภายในเฉลี่ยต่อหนึ่งหน่วยพื้นที่ผิวภายใน
- ความเครียด (Strain)
เป็นคุณสมบัติที่เกิดจากการเปลี่ยนแปลงรูปร่างของวัตถุเมื่อได้รับแรงภายนอกมากระทำ หรือกล่าวง่ายๆ คือ อัตราส่วนของรูปร่างที่เปลี่ยนไปต่อรูปร่างเดิม การวัดและคำนวณหาความเครียดสามารถทำได้ 2 ลักษณะ คือ แบบเส้นตรง (แรงที่มีกระทำมีละกษณะเป็นแรงกด แรงดึง) และแบบเฉือน (แรงที่มีกระทำเป็นแรงแบบเฉือน)
- การดึงเป็นเส้น (Ductile)
เป็นคุณสมบัติของวัตถุหรือเหล็กที่สามารถทำให้เพิ่มความยาว ขึ้นรูป หรือดึงออกมาเป็นเส้นได้โดยง่าย ถึงแม้ว่าจะได้รับแรงกระทำเข้าไปเพียงเล็กน้อย ซึ่งเหล็กที่มีคุณสมบัติเหล่านี้จะมีคุณสมบัติความยืดหยุ่นแบบพลาสติก ที่เป็นการแปรรูปอย่างถาวรสามารถคืนสภาพเดิมได้ยาก ตัวอย่างของเหล็กและโลหะแปรรูปที่มีคุณสมบัตินี้คือ ตะกั่ว และทองแดง เป็นต้น
- ความเปราะ (Brittle)
เป็นคุณสมบัติของวัตถุทุกชนิดที่จะมีขีดกำจัดของความยืดหยุ่นเป็นของตนเอง เมื่อวัตถุชิ้นนั้นๆ ได้รับแรงกระทำที่มากเกิดขีดจำกัดก็จะทำให้เกิดการเปราะแตกได้ ซึ่งวัตถุที่มีความเปราะสูงไม่ได้หมายความว่าเป็นวัตถุที่ไม่ทนทาน ยกตัวอย่างเช่น แก้วหรือเซรามิกที่มีความเปราะสูงแต่สามารถทนแรงดึงได้มากกว่าโลหะบางชนิด ดังนั้นคุณสมบัติข้อนี้นั้นใช้เป็นตัวเลือกที่ใช้ในการพิจารณาเลือกใช้ให้เหมาะสมกับงาน