Thép công cụ có hàm lượng cacbon cao, thường lớn hơn 0,5% trọng lượng. Chức năng của carbon là tạo ra cacbua trong ma trận thép, do đó làm tăng độ cứng của thép. Cacbua này làm tăng khả năng chống mài mòn của vật liệu, làm cho nó cứng hơn và bền hơn.
Thép công cụ thường chứa crom, vanadi, vonfram, molypden và các nguyên tố khác. Chúng có ý nghĩa rất lớn trong việc cải thiện khả năng chống mài mòn, độ cứng và độ dẻo dai của thép. Ví dụ, crom có thể tăng cường khả năng chống ăn mòn, trong khi vonfram và molypden có thể tăng cường độ cứng và tăng cường khả năng chống mài mòn.
Sử dụng công nghệ xử lý nhiệt có độ chính xác cao, thép công cụ có thể có độ bền và độ cứng cao. Thép công cụ thường được nung nóng đến một nhiệt độ nhất định và sau đó được làm cứng nhanh chóng bằng môi trường làm mát như dầu hoặc nước. Việc làm nguội nhanh chóng này "đóng băng" cấu trúc nguyên tử của thép, khiến nó cứng hơn. Quá trình ủ tiếp theo (ở nhiệt độ thấp hơn) đạt được sự cân bằng giữa độ cứng và độ dẻo dai, dẫn đến thép cứng hơn và bền hơn.
