Na wytrzymałość stali węglowej wpływa wiele czynników, z których niektóre dotyczą sposobu stopowania stali, a inne tego, co dzieje się po wytworzeniu stali. Jednym z głównych czynników wpływających na wytrzymałość stali węglowej jest ilość węgla dodanego do żelaza przed wytworzeniem stali, ponieważ węgiel służy zarówno do tworzenia, jak i hartowania stali. Chociaż stal węglowa zwykle nie zawiera wielu innych pierwiastków zawartych w stopie stali, wtrącenia te mogą zmieniać wytrzymałość, twardość i inne cechy stali. Po stopieniu stal może być następnie poddana działaniu ciepła, co może zwiększyć jej wytrzymałość.
Stal węglowa to rodzaj stali, który na ogół zawiera niewielką ilość węgla, ale niektóre gatunki mają więcej węgla niż inne. Dużym czynnikiem określającym wytrzymałość stali węglowej jest ilość samego węgla. Jest to potrzebne przede wszystkim do produkcji stali i jest podgrzewane wraz z żelazem, aż oba stopią się i połączą ze sobą. Węgiel jest utwardzaczem, więc więcej węgla oznacza mocniejszą i twardszą stal. Podczas gdy odpuszczanie będzie w stanie wzmocnić stal po jej wykonaniu, węgiel często dyktuje całkowitą twardość stali.
Wtrącenia są rzadkie w stali węglowej, w przeciwieństwie do niektórych innych rodzajów stopów stali, ale nawet niewielka ilość innych metali ma zdolność zmiany wytrzymałości stali węglowej. Te metale są dodawane podczas stapiania stali; w przeciwnym razie stal będzie musiała zostać później przetopiona, aby te metale zostały wprowadzone. Większość metali, takich jak mangan, fosfor i nikiel, dodaje się do stali węglowej w celu zwiększenia jej wytrzymałości. Inne metale, takie jak ołów i miedź, osłabiają stal, ale mogą ułatwić obróbkę lub spawanie, co może być korzystne.
Większość stali jest poddawana obróbce cieplnej po jej stopieniu w celu zwiększenia wytrzymałości stali węglowej, chociaż stal czasami jest używana bez zmian. Istnieje wiele różnych metod hartowania stali, a każda z nich służy zwiększeniu innych atrybutów. Stal zwykle jest umieszczana w piecu lub podobnym miejscu, gdzie jest nagrzewana wystarczająco, aby nadać jej niebieski kolor, ale nie na tyle, aby ją stopić. Po kilkukrotnym powtórzeniu tego procesu wytrzymałość stali węglowej ma tendencję do dramatycznego wzrostu.