纯金属的硬度与金属键的强弱有关。不过形成合金后还与杂原子的性质有关，硬度往往是增加的，熔点往往是降低的。

对铁来说，冶炼过程中往往渗入碳，碳是非金属元素，渗入铁中后与铁原子形成共价键，主要成份为Fe3C，称为渗碳体。由于C的原子半径小，形成的共价键很强，因此使铁的硬度大增。

但共价键是有方向性的，因此，如果C含量高，原子的相对滑移就难，就会降低铁的延展性。这就是为什么生铁虽然很硬，但也很脆，加工性能差，熔点远低于纯铁。

其它成份，也有类似的作用，只是作用程度不同而已。

另外，硬度还与结晶过程中的微结构的控制有关系，这也是材料学的难点。