Come definito dall'American Iron and Steel Institute, qualsiasi acciaio è considerato acciaio al carbonio quando non esiste un contenuto minimo specificato per nessun altro elemento di lega diverso dal carbonio. Gli acciai al carbonio contengono un contenuto di carbonio compreso tra lo 0,05 e il 3% e tracce di altri elementi, come il manganese. L'acciaio a basso tenore di carbonio contiene un tenore massimo di carbonio dello 0,35%; acciaio a medio tenore di carbonio, massimo 0,6 per cento; e acciai ad alto contenuto di carbonio, fino al 2,5 percento.
Quando è presente come elemento di lega, il carbonio fa sì che l'acciaio diventi più duro e più fragile quando viene spento. Questi effetti si intensificano quando il tenore di carbonio nell'acciaio diventa maggiore. A causa della loro natura fragile dopo il processo di tempra, gli acciai a più alto contenuto di carbonio devono essere trattati termicamente per ottenere un equilibrio tra durezza e resistenza. Il contenuto di carbonio più alto causa inoltre una duttilità e saldabilità ridotta dell'acciaio.
Nonostante gli effetti negativi che il carbonio può avere sull'acciaio, gli acciai al carbonio rappresentano circa il 90 percento di tutti gli acciai prodotti. Gli acciai a medio tenore di carbonio sono frequentemente utilizzati in applicazioni che richiedono un equilibrio tra resistenza, duttilità e resistenza all'usura, come le parti di automobili. Gli acciai ad alto tenore di carbonio sono utilizzati per applicazioni che richiedono un alto livello di resistenza, come cablaggi e molle ad alta resistenza. L'acciaio ad altissimo tenore di carbonio, una classificazione indicata per acciai contenenti tra il 2,5 e il 3 percento di carbonio, sono utilizzati esclusivamente per applicazioni che richiedono un livello molto elevato di durezza, come punzoni e assi.
