A dureza do aço de carbono pode ser afetada por um certo número de fatores diferentes, incluindo o contato do próprio carbono, a quantidade e tipo de outros elementos da liga, e os processos específicos utilizados para criar o aço. O modelo com baixo teor de carbono, que contém entre 0,05 e 0,25% do elemento, é tipicamente a variedade mais macia encontrada entre os diversos tipos de ligas, embora possa ser endurecido por meio de um processo conhecido como cementação, que é um tratamento termoquímico que consiste em introduzir o carbono na superfície das ligas de aço, cujo objetivo principal é aumentar a dureza do revestimento, depois da passagem pelo processo de têmpera. O modelo com altíssimo teor de carbono, cuja composição pode ter até 2%, é tipicamente o tipo mais difícil, embora a dureza final de cada produto é também determinada por vários processos de tratamento de calor. Os processos de têmpera podem aumentar a dureza do mesmo de acordo com alguns fatores, embora a têmpera subsequente reduz a dureza do material.

O aço carbono é uma liga que consiste principalmente de ferro e carbono. Outros elementos podem estar presentes, bem como, tipicamente em quantidades muito pequenas. Existem algumas definições diferentes sobre o que exatamente constitui o aço carbono, embora os elementos como o silício e o cobre normalmente representam menos de 0,6% de várias ligas. Algumas ligas de aço carbono também podem ter até 1,6% de outros elementos, tais como manganês, que é muito utilizado. Uma vez que existe um número de diferentes ligas que são todas vulgarmente referidas como aço de carbono, cada tipo tende a ter uma dureza diferente, pois possuem concentrações e composições diferentes.aço de carbonoO fator principal que afeta a dureza do aço carbono é a quantidade de carbono presente na própria liga. Os aços com baixo teor de carbono tendem a ser mais suaves, enquanto os aços com as maiores concentrações de carbono podem ser muito mais duros e quebradiços. É também possível alterar as características físicas através de vários tratamentos, quer para aumentar ou reduzir a dureza.

Mesmo que o aço com baixo teor carbono seja relativamente macio, um processo conhecido como carburação pode torná-lo mais duro. Este processo de tratamento térmico, na verdade faz com que a liga seja capaz de absorver carbono adicional de materiais líquidos, sólidos, e de fontes gasosas, tais como carvão vegetal e monóxido de carbono. O carbono é tipicamente absorvido apenas na superfície do metal, o que resulta em uma camada endurecida em seu exterior e uma mais macia do núcleo, tornando o material dúctil.

As ligas de aço com alto teor de carbono em sua composição tendem a ser muito duros e resistentes, e com a passagem por processos de têmpera, podem se tornar ainda mais duros. Se uma liga apresenta características de dureza acima do normal, este porém, apresentará características com alta taxa de quebra. Algumas ligas excepcionalmente rígidas são efetivamente submetidas a têmpera e processos que podem reduzir a dureza do mesmo, e aumentar a ductilidade. Outros processos, tais como o recozimento, podem também aumentar efetivamente a ductilidade e diminuir a dureza global do aço carbono.