Verktygsstål har en hög kolhalt, vanligtvis mer än 0,5 viktprocent. Kolets funktion är att generera karbider i stålmatrisen och därigenom öka stålets hårdhet. Denna hårdmetall ökar materialets slitstyrka, vilket gör det hårdare och starkare.
Verktygsstål innehåller i allmänhet krom, vanadin, volfram, molybden och andra element. De är av stor betydelse för att förbättra stålets slitstyrka, hårdhet och seghet. Till exempel kan krom förbättra korrosionsbeständigheten, medan volfram och molybden kan förbättra hårdheten och förbättra slitstyrkan.
Med hjälp av högprecisionsvärmebehandlingsteknik kan verktygsstål ha hög hållfasthet och hårdhet. Verktygsstål värms vanligtvis upp till en viss temperatur och härdas sedan snabbt med ett kylmedium som olja eller vatten. Denna snabba kylning "fryser" stålets atomära sammansättning, vilket gör det svårare. Efterföljande härdning (vid lägre temperatur) uppnår en balans mellan hårdhet och seghet, vilket resulterar i ett starkare och mer hållbart stål.
