Stahl ist die am häufigsten vorkommende Metalllegierung der Welt. In seiner einfachsten Form besteht es aus Eisen und unterschiedlich viel Kohlenstoff. Da sowohl Eisen als auch Kohlenstoff seit der Antike bekannt sind, wurde die Legierung schon lange vor Christi Geburt in der einen oder anderen Form hergestellt. Einige der frühesten Stähle wurden in den östlichen Regionen Afrikas um 1400 v. Chr. hergestellt
Eisen ist der Hauptbestandteil von Stahl, wobei Kohlenstoff mit Abstand an zweiter Stelle liegt und je nach Sorte zwischen 0.2 % und 2.14 % liegt. Kohlenstoff ist der kostengünstigste Weg, Eisen zu legieren, aber andere Metalle können verwendet werden, um das Element zu verstärken und dem Metall bestimmte Eigenschaften zu verleihen. Das als Gusseisen bekannte Metall ist eigentlich Stahl mit einem sehr hohen Kohlenstoffgehalt, der ihm einen niedrigeren Schmelzpunkt und eine bessere Gießbarkeit verleiht. Stahl ist bekannt für seine Festigkeit, die ihm gerade durch die Legierungselemente verliehen wird.
Im festen Metallzustand von Eisen bilden die Atome eine Kristallgitterstruktur. Obwohl diese Struktur ziemlich steif ist, kann sie Unvollkommenheiten aufweisen, die winzige Schwachstellen im Metall verursachen. Atome der Legierungselemente können diese mikroskopisch kleinen Schwachstellen im Gitter ausfüllen und verleihen der Legierung die bekannte Flexibilität und Zugfestigkeit.
Die moderne Stahlindustrie produziert das Metall durch den Einsatz des sogenannten Basissauerstoffofens. In diesen Öfen wird geschmolzenes Eisen mit reinem Sauerstoff durchströmt, wodurch der Gehalt an Verunreinigungen gesenkt wird. Zu diesem Zweck werden auch Reinigungsmittel, sogenannte Flussmittel, zugesetzt. Der Hauptvorteil dieses Prozesses ist, abgesehen von einem hochwertigen Produkt, seine Geschwindigkeit.
Frühere Verfahren umfassten den Bessemer-Prozess, bei dem Luft durch geschmolzenes Eisen gepresst wurde, um Verunreinigungen zu oxidieren. Kohlenmonoxid ist ein Nebenprodukt dieses Prozesses, während die anderen Verunreinigungen Schlacke bilden. Die Erfindung des Bessemer-Verfahrens war besonders bemerkenswert, weil es Stahl zu einem billigen Massenprodukt machte. Die Legierung wurde im Mittelalter und früher nach verschiedenen Verfahren hergestellt, aber keine davon war besonders effizient und konnte auch nicht in großem Maßstab eingesetzt werden.
Da sich die Stahlherstellungstechniken verbessert haben, ist eine breitere Vielfalt von Legierungen verfügbar geworden. Durch die Verwendung verschiedener Metalle wie Wolfram und Chrom können Metalle hergestellt werden, die auf ganz spezielle Anwendungen zugeschnitten sind. Die Vielfalt der Eigenschaften, die Stahl durch die Zugabe verschiedener Elemente verliehen werden kann, zeigt sich beispielsweise darin, dass zwei so unterschiedliche Dinge wie Samurai-Schwerter und Automobile beide aus Eisen bestehen, das mit anderen Metallen legiert ist.