Die Festigkeit von Kohlenstoffstahl wird von vielen Faktoren beeinflusst, von denen einige davon betroffen sind, wie der Stahl legiert wird, und andere, die sich darauf beziehen, was nach der Herstellung des Stahls passiert. Einer der Hauptfaktoren, die die Festigkeit von Kohlenstoffstahl beeinflussen, ist die Menge an Kohlenstoff, die dem Eisen vor der Stahlherstellung zugesetzt wird, da Kohlenstoff sowohl zur Herstellung als auch zum Härten von Stahl dient. Während Kohlenstoffstahl normalerweise nicht viele andere Elemente enthält, die in der Stahllegierung enthalten sind, können diese Einschlüsse die Festigkeit, Härte und andere Eigenschaften von Stahl verändern. Nachdem der Stahl legiert ist, kann er Wärme ausgesetzt werden, was seine Festigkeit erhöhen kann.
Kohlenstoffstahl ist eine Stahlsorte, die im Allgemeinen einen geringen Kohlenstoffgehalt enthält, aber es gibt einige Sorten, die mehr Kohlenstoff enthalten als andere. Ein großer Faktor bei der Bestimmung der Festigkeit von Kohlenstoffstahl ist die Menge an Kohlenstoff selbst. Dieser wird für die Stahlherstellung benötigt und zusammen mit Eisen erhitzt, bis beides schmelzen und ineinander übergehen. Kohlenstoff ist ein Härter, also bedeutet mehr Kohlenstoff stärkeren und härteren Stahl. Während das Anlassen den Stahl nach der Herstellung stärker festigen kann, bestimmt Kohlenstoff oft die Gesamthärte des Stahls.
Einschlüsse sind bei Kohlenstoffstahl ungewöhnlich, im Gegensatz zu einigen anderen Arten von Stahllegierungen, aber selbst eine kleine Menge anderer Metalle hat die Fähigkeit, die Festigkeit von Kohlenstoffstahl zu verändern. Diese Metalle werden beim Legieren des Stahls zugesetzt; andernfalls muss der Stahl später eingeschmolzen werden, damit diese Metalle eingebracht werden können. Die meisten Metalle wie Mangan, Phosphor und Nickel werden Kohlenstoffstahl zugesetzt, um seine Festigkeit zu erhöhen. Andere Metalle wie Blei und Kupfer schwächen Stahl, können aber dazu beitragen, dass er leichter bearbeitet oder geschweißt werden kann, was von Vorteil sein kann.
Der meiste Stahl wird nach dem Legieren wärmebehandelt, um die Festigkeit von Kohlenstoffstahl zu erhöhen, obwohl der Stahl manchmal so verwendet wird, wie er ist. Es gibt viele verschiedene Methoden zum Anlassen von Stahl, und jede dient dazu, unterschiedliche Eigenschaften zu erhöhen. Der Stahl wird üblicherweise in einen Ofen oder einen ähnlichen Bereich gelegt, wo der Stahl ausreichend erhitzt wird, um eine blaue Farbe zu erhalten, aber nicht genug, um ihn zu schmelzen. Nach mehrmaligem Wiederholen dieses Vorgangs neigt die Festigkeit von Kohlenstoffstahl dazu, dramatisch zuzunehmen.