Με τη γενική, σύγχρονη έννοια της, η μεταλλουργία είναι η επιστήμη που μελετά τις χημικές και φυσικές ιδιότητες των μετάλλων, συμπεριλαμβανομένου του τρόπου με τον οποίο λειτουργούν όταν χρησιμοποιούνται για πολιτιστικά χρήσιμους βιομηχανικούς σκοπούς. Ο όρος συχνά αναφέρεται στις διαδικασίες που χρησιμοποιούνται για την εξόρυξη μετάλλων από μετάλλευμα, καθώς και στις διαδικασίες που σχετίζονται με τον καθαρισμό μετάλλων και την παραγωγή κραμάτων. Αναφέρεται επίσης στην τέχνη της κατασκευής πολιτιστικά χρήσιμων αντικειμένων από μέταλλο ή στην κατεργασία μετάλλων. Η πρακτική της μεταλλουργίας έχει πραγματοποιηθεί εδώ και χιλιάδες αιώνες.
Τα στοιχεία αυτής της επιστήμης και τέχνης χρονολογούνται πριν από περίπου 6,500 χρόνια. Ο χαλκός, ο κασσίτερος, το ασήμι και ο μετεωρικός σίδηρος, που χρησιμοποιούσαν οι Αιγύπτιοι για την κατασκευή όπλων, όλα υποβλήθηκαν σε κάποια μορφή διαδικασίας επεξεργασίας μετάλλου σε διάφορους αρχαίους πολιτισμούς. Τα πρώτα στοιχεία μιας τυπικής τεχνολογίας μεταλλουργίας εμφανίστηκαν κατά την Εποχή του Χαλκού, η οποία ξεκίνησε γύρω στο 3,500 π.Χ., όταν ανακαλύφθηκε ότι με θέρμανση και συνδυασμό χαλκού και κασσίτερου, μπορούσε να δημιουργηθεί ένα κράμα χαλκού. Η Εποχή του Σιδήρου ξεκίνησε γύρω στο 1,200 π.Χ. όταν οι Χετταίοι ανακάλυψαν πώς να εξάγουν σίδηρο από το μετάλλευμα και να τον επεξεργάζονται για να προωθήσουν τους πολιτιστικούς τους στόχους. Ο Georg Agricola, που θεωρείται ο πατέρας της μεταλλουργίας, των λεπτομερών διαδικασιών εξόρυξης μεταλλεύματος και εξόρυξης μετάλλων, καθώς και άλλων πτυχών της επιστήμης, στο βιβλίο του του 16ου αιώνα, De re metallica.
Η σύγχρονη μεταλλουργία χωρίζεται σε δύο υποκατηγορίες. Η μεταλλουργία διεργασιών αναφέρεται στα στάδια που εμπλέκονται στην παραγωγή μετάλλων, στις περισσότερες περιπτώσεις, από σουλφίδια ή οξείδια, και στη συνέχεια τον εξευγενισμό τους στη μειωμένη τους μορφή μέσω ηλεκτρόλυσης ή επιλεκτικής οξείδωσης ακαθαρσιών. Η φυσική μεταλλουργία μελετά τη δομή των μετάλλων, με βάση τη σύνθεση και την επεξεργασία τους, και πώς αυτή η δομή σχετίζεται με τις ιδιότητές τους. Ασχολείται επίσης με τις επιστημονικές αρχές και τις εφαρμογές μηχανικής που χρησιμοποιούνται στην κατασκευή και τις επεξεργασίες μετάλλων και πώς τα μεταλλικά προϊόντα αντέχουν στις βιομηχανικές τους χρήσεις.
Οι μεταλλουργοί μηχανικοί χρησιμοποιούν διαφορετικές μορφές δοκιμών μετάλλων. Με αυτόν τον τρόπο, μπορούν να κάνουν ποσοτικοποιημένες υποθέσεις σχετικά με την αντοχή ενός μετάλλου. Αυτές οι δοκιμές προορίζονται για τον προσδιορισμό ιδιοτήτων όπως η σκληρότητα του μετάλλου, η αντοχή σε κρούση και η αντοχή σε εφελκυσμό, για να αναφέρουμε μερικές.
Γενικά, τα στοιχειώδη μέταλλα, στην καθαρή φυσική τους μορφή, είναι πολύ μαλακά για βιομηχανικές χρήσεις. Γι’ αυτό η επιστήμη της μεταλλουργίας τείνει να επικεντρωθεί στην κατασκευή κραμάτων, στα οποία τα μέταλλα συνδυάζονται μαζί ή με αμέταλλα. Ο χάλυβας και ο χυτοσίδηρος είναι παραδείγματα κραμάτων σιδήρου-άνθρακα. Το αλουμίνιο, ο χαλκός, ο σίδηρος, το μαγνήσιο και ο ψευδάργυρος είναι τα μέταλλα που χρησιμοποιούνται περισσότερο, συνήθως σε κράματα.