Çelik, demir elementi ile genellikle %0,2 ila %2,1 oranlarında değişen karbon miktarının bileşiminden meydana gelen bir alaşımdır. Çelik alaşımındaki karbon miktarları çeliğin sınıflandırılmasında etkin rol oynar. Karbon genel olarak demir'in alaşımlayıcı maddesi olsa da demir elementini alaşımlamada magnezyum, krom, vanadyum ve volfram[1] gibi farklı elementler de kullanılabilir. Karbon ve diğer elementler demir atomundaki kristal kafeslerin kayarak birbirini geçmesini engelleyerek sertleşme aracı rolü üstlenirler. Alaşıyımlayıcı elementlerin, çelik içerisindeki, değişen miktarları ve mevcut bulundukları formlar (çözünen elementler, çökelti evresi) oluşan çelikte sertlik, süneklilik ve gerilme noktası gibi özellikleri kontrol eder. Karbon miktarı yüksek olan çelikler demirden daha sert ve güçlü olmasına rağmen daha az sünektirler.

Yüksek karbon içeren alaşımlar, düşük erime noktaları ve dökme kabiliyetleri[1] nedeniyle dökme demir olarak bilinirler. Çelik ayrıca az miktarda karbon içeren fakat demir cüruflarını da kapsayan dövme demir olarak da ayırt edilir. İki ayırt edici faktör de çeliklerin pas önleyiciliklerini artırır ve daha iyi kaynaklanabilirlik sağlar.

Her ne kadar Rönesans'tan uzun süre önceleri çelik çeşitli etkisiz metotlarla üretilmişse de 17. yüzyılda icat edilen daha etkili üretimlerden sonra kullanımı yaygın bir hâl aldı. 19. yüzyılın ortalarında Bessemer değiştirgeci'nin icadıyla çelik pahalı olmayan seri üretim materyali olmaya başladı. İlerleme sürecinde ilave edilen temel oksijen ile çelik yapımı gibi mükemmelleştirmeler üretimin maliyetini düşürürken metalin kalitesini arttırdı. Günümüzde, her yıl 1300 milyon ton üretimi ile, çelik dünyada en çok kullanılan ortak malzemelerden birisidir. Binalarda, altyapı üretiminde, aletlerde, gemilerde, otomobillerde, makinelerde, aksesuarlarda ve silahlarda ana malzemedir. Modern çelik çeşitli standartlar kuruluşları tarafından çeşitli özelliklerine göre sınıflandırılır.