Na čvrstoću ugljičnog čelika utječu mnogi čimbenici, od kojih se neki bave načinom na koji je čelik legiran, a drugi koji se bave onim što se događa nakon stvaranja čelika. Jedan od glavnih čimbenika koji utječu na čvrstoću ugljičnog čelika je količina ugljika dodanog željezu prije nego je čelik napravljen, jer ugljik služi i za stvaranje i za otvrdnjavanje čelika. Dok ugljični čelik obično nema mnogo drugih elemenata uključenih u čeličnu leguru, ti uključci mogu promijeniti čvrstoću, tvrdoću i druge karakteristike čelika. Nakon što je čelik legiran, može se podvrgnuti toplini, što može povećati njegovu čvrstoću.
Ugljični čelik je vrsta čelika koja općenito sadrži nisku količinu ugljika, ali postoje neki razredi koji imaju više ugljika od drugih. Veliki faktor u određivanju čvrstoće ugljičnog čelika je sama količina ugljika. To je prije svega potrebno da bi se napravio čelik, a zagrijava se zajedno sa željezom dok se to dvoje ne rastopi i spoji jedno u drugo. Ugljik je učvršćivač, pa više ugljika znači jači i tvrđi čelik. Dok će kaljenje moći više ojačati čelik nakon što je izrađen, ugljik često diktira ukupnu tvrdoću čelika.
Uključci su neuobičajeni u ugljičnom čeliku, za razliku od nekih drugih vrsta čeličnih legura, ali čak i mala količina drugih metala ima sposobnost promjene čvrstoće ugljičnog čelika. Ovi metali se dodaju kada se čelik legira; inače, čelik se mora kasnije rastopiti da bi se ti metali mogli uvesti. Većina metala, kao što su mangan, fosfor i nikal, dodaju se ugljičnom čeliku kako bi se povećala njegova čvrstoća. Drugi metali, kao što su olovo i bakar, slabe čelik, ali mogu pomoći u lakšem obradi ili zavarivanju, što može biti korisno.
Većina čelika se toplinski obrađuje nakon što se legira kako bi se povećala čvrstoća ugljičnog čelika, iako se čelik ponekad koristi kakav jest. Postoji mnogo različitih metoda dostupnih za kaljenje čelika, a svaka služi za povećanje različitih atributa. Čelik se obično stavlja u peć ili slično područje, gdje se čelik zagrijava dovoljno da dobije plavu boju, ali ne dovoljno da se otopi. Nakon što se ovaj postupak ponovi nekoliko puta, čvrstoća ugljičnog čelika ima tendenciju dramatičnog povećanja.