ترکیب شیمیایی فولاد عامل بسیار مهمی برای تعیین مشخصات فولاد است. آهن خالص (فریت) دارای مقاومت کششی نسبتاً کم است که با ترکیب نمودن آن با کربن، منگنز، سیلیسیوم، کرم و غیره مقاومت آن به طور قابل ملاحظه ای افزایش یافته و خواص مکانیکی آن تغییر می کند. درصد وزنی کل ترکیبات فولاد معمولاً به 0/6 تا 1/6٪ محدود می شود.
کربن
مقدار کربن در فولاد معرف جنس فولاد است. کربن فولاد را ترد و شکننده کرده و به تاب کششی آن می افزاید و سختی آن را زیاد می کند. با افزایش کربن، جوش پذیری فولاد کم می شود. بدین روی در فولاد بتن درصد آن را معمولاً به 0/2 ٪ تا 0/3 ٪ وزن فولاد محدود می کنند.
منگنز
بدون آنکه مومسانی (پلاستیسیته) فولاد را تغییر دهد، به تاب کششی آن می افزاید و مقاومت به خوردگی و سختی آن را زیادتر می کند. به فولاد معمولاً از 0/5 تا 1٪ وزنش منگنز می زنند.
سیلیسیم
با وجود آنکه مقاومت و سختی فولاد را بالا می برد ولی قابلیت جوشکاری آن را کم می کند. سیلیسیم فولاد را ترد و نورد کردن آن را مشکل می سازد.فولاد را ترد می کند و وجود فسفر بیش از حد، فولاد را شکننده می سازد.
گوگرد
گوگرد مایع فولاد ذوب شده را غلیظ می کند و از چکش خواری آن می کاهد، به طوری که فولاد سرخ شده نیز زیر ضربه پتک می شکند. برای ساخت تیرچه خرپایی معمولاً از میلگرد استفاده می شود. میلگرد مورد استفاده علاوه بر حد کشسانی کافی باید جوش پذیر بوده و حداقل مجاز تنش در مرحله گسیختگی را دارا باشد. این مقدار تنش در مورد فولاد نرم به 20٪ و برای فولادهای نیم سخت به 18٪ و در مورد فولادهای اصلاح شده به 8٪ محدود می شود.