A adição de carbono ao ferro provoca variações grandes nas propriedades mecânicas do ferro. Ligas de ferro e carbono, com teor de carbono até 2%, são denominadas ferro fundido e, com teor de carbono acima de 2% aços.

O ferro é um elemento que apresenta três formas alotrópicas. São elas: Ferro gama, ferro alfa e ferro delta.

O carbono se dissolve em quantidades apreciáveis no ferro gama e forma uma solução intersticial, enquanto que sua solubilidade no ferro alfa é muito restrita.

O carbono, que não entra na solução sólida com ferro alfa, prefere combinar-se com o ferro formando o composto Fe3 C.

É possível que o carbono apareça na forma de carbono livre ou grafita, embora essa forma seja observada geralmente em materiais com alto teor de carbono.