基本原理：晶粒、缺陷与形核
金属材料的微小结构往往是一个个的晶粒，而这些晶粒也往往存在缺陷远非完美。但并不是缺陷就不利于材料性能，相反，缺陷是材料性能的重要组成部分，控制并利用这些缺陷可以有效提升材料的性能，如将某些铁原子置换为其它金属制成合金。
晶粒的大小与形成方式同样影响材料性能，而晶粒大小主要与形核率、相对长大速度有关，结晶长大的方式亦有一定影响。通常而言，促进形核、抑制长大的因素可以细化晶粒。

化学成分：各元素影响简介与部分成分限制

基本原理：晶粒调控：回复与再结晶
金属成型或者加工后存在一定程度的内应力，或者晶粒密度与形状不满足要求，可能会对使用造成不利影响。因此，通过一定的热处理消除内应力、改善晶粒密度与形状，即回复与再结晶，可以有效改善钢材性能。