已知的化学元素有100多种，工业上常用的钢铁材料中约有20种化学元素。对于不锈钢这种人们在长期与腐蚀作斗争的实践中形成的特殊钢种系列，最常用的元素就有十几种。除钢的基本元素铁外，对不锈钢的性能和组织影响最大的元素有：碳、铬、镍、锰、硅、钼、钛、铌、钛、锰、氮、铜、钴等。这些元素除碳、硅、氮外，都是化学元素周期表中过渡族元素。
实际上，工业上所用的不锈钢同时含有几种乃至几十种元素。当几种元素共存于不锈钢统一体中时，它们的影响要比它们单独存在时复杂得多。在这种情况下，我们不仅要考虑每种元素本身的作用，还要注意它们相互间的影响。因此，不锈钢的组织是由各种元素影响的总和决定的。
1铬在不锈钢中的决定性作用
铬矿
决定不锈钢性能的元素只有一个，那就是铬。每一种不锈钢中都含有一定量的铬，至今还不存在不含铬的不锈钢。铬之所以是决定不锈钢性能的主要元素，根本原因是钢中加入铬作为合金元素后，钢内部的矛盾运动向有利于抵抗腐蚀破坏的方向发展。这种变化可以从以下几个方面来解释：
①铬提高铁基固溶体的电极电位
②铬从铁中吸收电子，使铁钝化
钝化是由于防止了阳极反应而使金属和合金的耐腐蚀性能提高的现象。关于金属和合金的钝化理论很多，主要有薄膜理论、吸附理论和电子排列理论。
2 不锈钢中碳的双重性质
碳是工业用钢的主要元素之一，钢的性能和组织很大程度上取决于碳的含量及其分布形式。碳在不锈钢中的作用尤为显著。碳对不锈钢组织的影响主要表现在两个方面，一方面，碳是稳定奥氏体的元素，作用程度很大（约为镍的30倍）。另一方面，由于碳与铬有很大的亲和力，与铬形成一系列复杂的碳化物。因此，从强度和耐腐蚀性角度看，碳在不锈钢中的作用是矛盾的。
了解这种影响的规律，我们可以根据不同的使用要求选用不同碳含量的不锈钢。
例如工业上应用最广、最基本的五种不锈钢0Crl3~4Cr13的标准铬含量规定为12~14%。这是考虑到碳会与铬形成碳化铬的因素后确定的。目的是保证碳与铬结合形成碳化铬后，固溶体中的铬含量不会低于最低铬含量11.7%。
这五个钢种，由于含碳量不同，其强度和耐蚀性也不同。0Cr13～2Crl3钢的耐蚀性比3Crl3、4Cr13钢好，但强度较低，多用于制造结构件。后两个钢种由于含碳量高，可获得较高的强度，多用于制造弹簧、刀具等要求强度和耐磨性高的零件。例如，为了克服18-8铬镍不锈钢的晶间腐蚀，可将钢的含碳量降低到0.03%以下，或加入铬与碳亲和力比较大的元素（钛或铌）来阻止碳化铬的形成。例如，当高硬度和耐磨性成为主要要求时，可在适当增加铬含量的同时，提高钢的含碳量，以在满足硬度和耐磨性的要求下，兼顾一定的耐蚀功能。 工业上，不锈钢9Cr18、钢用作轴承、量具、刀片等，虽然含碳量高达0.85~0.95%，但由于它们的铬含量也相应提高，仍能保证耐腐蚀要求。
一般而言，目前工业上所用的不锈钢含碳量都比较低，大部分不锈钢含碳量在0.1%~0.4%之间，耐酸钢含碳量在0.1%~0.2%之间。含碳量大于0.4%的不锈钢，在钢种总数中只占很小的一部分，因为在大多数使用条件下，不锈钢总是以耐腐蚀为主要用途。另外，含碳量较低也是出于某些工艺要求，如易于焊接、冷变形等。
3、不锈钢中镍的作用是与铬结合后才发挥的。
镍是优良的耐腐蚀材料，是合金钢的重要合金元素。镍是钢中形成奥氏体的元素，但在低碳镍钢中，为了获得纯奥氏体组织，镍含量必须达到24%；而只有当镍含量为27%时，钢在某些介质中的耐腐蚀性能才会发生显著的变化。因此，镍单独不能构成不锈钢。但当不锈钢中镍和铬同时存在时，含镍不锈钢就具有许多宝贵的性能。
综合上述情况可以看出，镍作为合金元素在不锈钢中的作用在于改变高铬钢的组织，从而提高不锈钢的耐腐蚀性能和工艺性能。
4 锰和氮可以替代铬镍不锈钢中的镍
镍矿
虽然铬镍奥氏体钢具有许多优点，但是，近几十年来，由于镍基耐热合金和含镍量低于20%的耐热钢的大量开发和应用，以及随着化学工业的日益发展对不锈钢的需求量不断增长，而镍的储量又很少并集中在少数地区，导致世界范围内镍的供需矛盾突出。因此，在不锈钢和许多其他合金领域（如大型铸锻件用钢、工具钢、耐热钢等），特别是在镍资源相对匮乏的国家，广泛开展了节约镍和用其他元素代替镍的科研和生产实践。在这方面，研究和应用最多的是用锰和氮代替不锈钢和耐热钢中的镍。
锰对奥氏体的作用与镍类似。但更确切地说，锰的作用不是生成奥氏体，而是降低钢的临界淬火速度，增加奥氏体在冷却过程中的稳定性，抑制奥氏体的分解，使高温下生成的奥氏体保持至室温。在提高钢的耐腐蚀性能方面，锰的作用不大。例如，钢中锰含量从0变化到10.4%，钢在空气和酸中的耐腐蚀性能没有明显变化。这是因为锰对提高铁基固溶体的电极电位作用不大，生成的氧化膜的保护作用也很低。因此，工业上虽然有加锰合金的奥氏体钢(如，钢等)，但它们不能作为不锈钢使用。 锰在钢中稳定奥氏体的作用约为镍的一半，即钢中2%的氮也起稳定奥氏体的作用，且作用程度大于镍。例如，为了使含铬18%的钢在室温下获得奥氏体组织，用锰和氮代替镍的低镍不锈钢和不含镍的铬锰氮不锈钢已在工业上得到应用，有的已成功地取代了经典的18-8铬镍不锈钢。
5 其他元素对不锈钢性能和组织的影响
不锈钢中添加钛或铌可防止晶间腐蚀
铌矿
钼和铜可以提高某些不锈钢的耐腐蚀性
铜
以上九种元素对不锈钢的性能和组织影响很大。除这些元素外，不锈钢中还含有一些其他元素。有些是和普通钢一样常见的杂质元素，如硅、硫、磷等。有些是为了某些特定目的而添加的，如钴、硼、硒、稀土元素等。从不锈钢耐腐蚀的主要性能来看，这些元素相对于上述九种元素来说并不是主要的方面。但也不能完全忽略它们，因为它们也影响不锈钢的性能和组织。
硅
它是形成铁素体的元素，也是一般不锈钢中常见的杂质元素。
钴
钴作为合金元素，由于价格昂贵，且更重要的用途在其他领域（如高速钢、硬质合金、钴基耐热合金、磁性钢或硬磁合金等），在钢中应用并不广泛。一般不锈钢中，钴不常作为合金元素添加。常见的不锈钢如钢（含钴1.2-1.8%）加入钴不是为了提高耐腐蚀性能，而是为了增加硬度，因为这种不锈钢的主要用途是制造切片机刀具、剪刀和手术刀片等。
钴矿
硼
高铬铁素体不锈钢中加入0.005%的硼，可提高在沸腾65%醋酸中的耐蚀性。加入微量的硼（0.0006-0.0007%），可提高奥氏体不锈钢的热塑性。少量的硼会形成低熔点共晶，增大奥氏体钢在焊接时产生热裂纹的倾向，但含硼较多时（0.5-0.6%），可防止热裂纹的产生。因为含0.5-0.6%硼时，形成奥氏体-硼化物两相组织，降低了焊缝的熔点。当熔池凝固温度低于半熔区时，母材在冷却时产生的拉应力由液态的焊缝金属承担，此时不会引起裂纹。 即使近缝区域产生裂纹，也能被液固相的熔池金属填充，含硼铬镍奥氏体不锈钢在原子能工业中有特殊的用途。
磷
它在一般不锈钢中属杂质元素，但其在奥氏体不锈钢中的危害性不如在一般钢中那么显著，所以可以允许含量高一些，如有些资料规定为0.06%，以利于冶炼控制。个别含锰奥氏体钢中磷含量可达0.06%(如钢)，甚至0.08%(如钢)。利用磷对钢的强化作用，磷也被作为合金元素加入时效硬化不锈钢中，如PH17-10P钢(含磷0.25%)、PH-HNM钢(含磷0.30%)。
硫和硒
杂质元素在一般不锈钢中也很常见。但在不锈钢中添加0.2～0.4%的硫，可以改善不锈钢的切削性能，硒也有同样的效果。硫和硒由于降低不锈钢的韧性而改善不锈钢的切削性能。例如一般18-8铬镍不锈钢的冲击值可达30kg/cm2。含0.31%硫的18-8钢（0.084%C、18.15%Cr、9.25%Ni）的冲击值为1.8kg/cm2；含0.22%硒的18-8钢（0.094%C、18.4%Cr、9%Ni）的冲击值为3.24kg/cm2。硫和硒都会降低不锈钢的耐腐蚀性能，因此很少用作不锈钢的合金元素。
稀土元素
目前不锈钢中多采用稀土元素来改善工艺性能，如在钢、钢中添加少量稀土元素，可消除钢锭中的氢。
钢坯中的气泡、裂纹。在奥氏体和奥氏体-铁素体不锈钢中加入0.02-0.5%稀土元素（铈镧合金），可明显改善锻造性能。曾有一种含铬19.5%、镍23%、钼、铜、锰的奥氏体钢。由于其热加工工艺性能，过去只能生产铸件。加入稀土元素后，可轧制成各种型材。