Stal narzędziowa ma wysoką zawartość węgla, zwykle większą niż 0,5% wagowo. Funkcją węgla jest wytwarzanie węglików w osnowie stali, zwiększając w ten sposób twardość stali. Węglik ten zwiększa odporność materiału na zużycie, czyniąc go twardszym i mocniejszym.
Stal narzędziowa zazwyczaj zawiera chrom, wanad, wolfram, molibden i inne pierwiastki. Mają one ogromne znaczenie w poprawie odporności na zużycie, twardości i udarności stali. Na przykład chrom może zwiększyć odporność na korozję, podczas gdy wolfram i molibden mogą zwiększyć twardość i zwiększyć odporność na zużycie.
Dzięki precyzyjnej technologii obróbki cieplnej stal narzędziowa może mieć wysoką wytrzymałość i twardość. Stal narzędziową na ogół podgrzewa się do określonej temperatury, a następnie szybko utwardza przy użyciu czynnika chłodzącego, takiego jak olej lub woda. To szybkie chłodzenie „zamraża” skład atomowy stali, czyniąc ją twardszą. Późniejsze odpuszczanie (w niższej temperaturze) pozwala uzyskać równowagę twardości i wytrzymałości, co skutkuje mocniejszą i trwalszą stalą.
