Çelik, demir, ana alaşım elementi ise karbon olan bir alaşımdır. Üretim yöntemleri ve kullanılan cevherlerden ötürü manganez, silisyum, fosfor ve kükürt çeliğin bünyesinde bulunan elementlerdir.
Çeliğin yapısındaki karbonun görevi alaşımı sertleştirmek ve demir atomlarının kaymasını engellemektir. Alaşımdaki karbon miktarı ile oynanarak çeliğin sertliği, esnekliği, sünekliği, ve gerilme gücü değiştirilebilir. Alaşımdaki karbon miktari artırılarak çeliğin sertliği artırılabilir, fakat bu işlem çeliğin kırılganlığını arttırıp; kaynaklanabilirlik ve süneklik gibi bir takım özelliklerini azaltır.
Demir-karbon alaşımının çelik olarak kabul edilmesi için tipik olarak en çok yüzde 2,1 oranında karbon karışımına sahip olması gerekmektedir. Günümüzde "demir ve çelik" endüstrisi tek isim altında kullanılsa da, geçmişte bu iki sektör birbirinden ayrı isimlere sahiptiler. Metalurjinin bilim dalı olarak yaygınlaşması ile birlikte çeliğin kompozisyonunun değiştirilerek ya da ısıl işlem ile özellikleri farklılaştırılarak özellikle yüksek kopma mukavemeti ile teleferik, inşaat, otomotiv, tıp, ve bir çok diğer alanda insanlığa hizmet verir hale getirilişi hızlandırılmıştır.