Eisenerz ist jedes Gestein, das eine nutzbare Menge an Eisen enthält. Häufige Erzmineralien sind Hämatit, Magnetit, Limonit und Siderit, und diese werden häufig zusammen mit verschiedenen Silikaten gefunden. Obwohl Eisen in der Natur nicht in reiner Form vorkommt, enthalten einige Erzarten bis zu 70 % Eisenatome. Eisenerz besteht aus Sauerstoff- und Eisenatomen, die zu Molekülen miteinander verbunden sind. Um reines Eisen zu erzeugen, muss man das Erz desoxygenieren und nur Eisenatome zurücklassen, was die Essenz des Raffinationsprozesses ist.
Um die Sauerstoffatome vom Erz wegzulocken, braucht es Wärme und einen alternativen Atompartner, an den sich der Sauerstoff binden kann. Kohlenstoff erfüllt diese Rolle gut und ist in Form von alltäglicher Holzkohle oder Koks, einer Form von Kohlenstoff aus Kohle, leicht verfügbar. Die Kohlenstoffatome verbinden sich mit dem Sauerstoff im Erz, um Kohlendioxid und Kohlenmonoxid zu erzeugen, Gase, die aus einem Schornstein entweichen. Da Eisenerz typischerweise Silikate enthält, die sich nicht an den Kohlenstoff binden, bleiben diese nach der Raffination im Eisen, wodurch Schmiedeeisen entsteht, eine formbare und starke Form von Metall, die von Schmieden im Laufe der Geschichte verwendet wurde.
Um eine noch reinere Form von Eisen, bekannt als Roheisen, zu erzeugen, muss der Mischung Kalkstein zugesetzt und die Hitze erhöht werden. Dies geschieht zeitgenössisch in der siloähnlichen Struktur, die als Hochofen bekannt ist. Das Kalzium im Kalkstein verbindet sich mit den Silikaten im Erz, wodurch ein Material namens Schlacke entsteht, das auf dem reinen flüssigen Eisen schwimmt. Das Eisen wird regelmäßig aus einer Öffnung am Boden des Hochofens in eine Form abgelassen, wo es abkühlt. Das Roheisen kann dann durch Mischen mit Silizium zu Schmiedeeisen verarbeitet oder zu Stahl weiterverarbeitet werden.
Stahl ist eine Form von Eisen, die mit 0.5% – 1.5% Kohlenstoff vermischt ist, aber ohne Sauerstoff, Silikate oder andere Verunreinigungen. Dieses Metall ist viel schwieriger zu bearbeiten als Schmiedeeisen, aber wesentlich stärker. Eisen kann mit verschiedenen anderen Elementen vermischt werden, um Legierungen mit gewünschten Eigenschaften wie Leichtigkeit oder Rostbeständigkeit (Edelstahl) herzustellen.
Da Eisen so häufig vorkommt (das 5% der Erdkruste ausmacht), stark und relativ leicht zu verarbeiten ist, spielt es eine sehr intime Rolle in der menschlichen Zivilisation. Etwa 98 % aller weltweit verschifften Erze werden zur Herstellung von Eisen oder Stahl verwendet. Oberflächenvorkommen sind in den meisten geografischen Gebieten reichlich vorhanden. Antike Zivilisationen, die den technologischen Schwellenwert erreichten, der zum Schmelzen von Eisenerz erforderlich war, genossen entscheidende Vorteile gegenüber ihren Konkurrenten, deren Bronze- und Kupferwaffen den Eisenhütten nicht gewachsen waren.