O aço inoxidável é composto de ferro, carbono e cromo. O aço inoxidável moderno também pode conter outros elementos, como níquel, nióbio, molibdênio e titânio. Os elementos de níquel, molibdênio, nióbio e cromo aumentam a resistência à corrosão do aço inoxidável.
Em 1913, o metalúrgico inglês Harry Brearly, que estava trabalhando em um projeto para melhorar o cano do rifle, descobriu que adicionar cromo ao aço de baixo carbono confere resistência a manchas. A adição de um mínimo de 12 por cento de cromo ao aço é o que o torna resistente à ferrugem ou mancha "menos" em comparação com outros tipos de aço.
O cromo no aço combina-se com o oxigênio na atmosfera para formar uma camada fina e invisível de óxido contendo cromo, que é chamada de filme passivo. Como os tamanhos dos átomos de cromo e seus óxidos são semelhantes, eles se compactam fortemente na superfície do metal, formando uma camada estável com apenas alguns átomos de espessura.
Austenítico, ferrítico e martensítico são os três principais tipos de aço inoxidável. Os aços inoxidáveis austeníticos têm uma estrutura cristalina austenítica, que é uma estrutura cristalina cúbica de face centrada. Os aços inoxidáveis ferríticos apresentam resistência à corrosão reduzida, devido ao seu menor teor de cromo e níquel. No entanto, os aços ferríticos geralmente têm melhores propriedades de engenharia do que os austeníticos e são normalmente mais acessíveis. Os aços inoxidáveis martensíticos não são tão resistentes à corrosão quanto os aços austeníticos e ferríticos, mas são extremamente fortes e podem ser endurecidos por tratamento térmico.
