Conforme definido pelo American Iron and Steel Institute, qualquer aço é considerado aço carbono quando não há conteúdo mínimo especificado para qualquer outro elemento de liga que não seja carbono. Os aços carbono contêm um teor de carbono entre 0,05 e 3 por cento e vestígios de outros elementos, como o manganês. O aço de baixo carbono contém um teor máximo de carbono de 0,35%; aço de médio carbono, máximo de 0,6 por cento; e aços com alto teor de carbono, até 2,5%.
Quando presente como um elemento de liga, o carbono faz com que o aço se torne mais duro e quebradiço quando é temperado. Esses efeitos se intensificam à medida que o teor de carbono no aço se torna maior. Devido à sua natureza frágil após o processo de têmpera, os aços com alto teor de carbono devem ser tratados termicamente para obter um equilíbrio entre dureza e resistência. Teores de carbono mais altos também fazem com que o aço tenha uma ductilidade e soldabilidade reduzidas.
Apesar dos efeitos adversos que o carbono pode ter no aço, os aços carbono respondem por aproximadamente 90 por cento de todos os aços produzidos. Os aços de médio carbono são frequentemente usados em aplicações que requerem um equilíbrio entre resistência, ductilidade e resistência ao desgaste, como peças de automóveis. Os aços com alto teor de carbono são usados para aplicações que exigem um alto nível de resistência, como fiação e molas de alta resistência. Os aços ultra-alto carbono, uma classificação designada para aços contendo entre 2,5 e 3 por cento de carbono, são usados exclusivamente para aplicações que requerem um nível muito alto de dureza, como punções e eixos.
