铁是自然界的一种元素，原子序数 26 ，铁单质化学式为： Fe 。
纯铁在自然界中很少，也没有必要得到纯铁，因为其物理化学性能对古人来讲用处不大。自古以来冶铁工业冶炼的铁实际上都是铁碳合金。含碳 0.5% 以下而含有杂质的为熟铁，又称锻铁、软铁；其中杂质少的为低碳钢；含碳 0.5%-2% ，而杂质少的，为中碳钢或高碳钢；含碳 2%-5% 为生铁，因为只能用浇铸、铸造的方法成型，因此又称铸铁。
纯铁在自然界中几乎不存在，铁在自然界中一般以铁矿石的形态存在，有： Fe2O3 （赤铁矿）、 Fe3O4 （磁铁矿）、 FeCO3 （菱铁矿）、 FeS2 （黄铁矿）等。在一定温度下，这些铁矿石和还原剂接触，还原出铁。还原过程从 500 摄氏度开始，要到 1000 度才能开始得到成体量的铁。熟铁熔点是 1500 度，生铁熔点是 1100 度。
在炉温达到1000度之前，人们无法通过冶炼得到铁，只能通过流星坠落获得陨铁。陨石含铁的百分比很高（铁陨石中含铁90.85%），是铁和镍、钴的混合物，近似铁合金，因此很珍贵。人们已经在古埃及前王朝的遗址中发掘出距今5000年的陨铁珠。1972年在河北藁城台西村商代（公元前14世纪）遗址中出土了一件铁刃铜钺。全钺残长11.1厘米，阑宽 8.5厘米，外刃部断失，残存刃部包入铜内约 1厘米，已全部氧化。经鉴定，残刃中没有人工冶铁的特征；镍的分布表明，该刃为陨铁制成，不可能用人工冶铁获得。 迄今为止，中国出土了 4件陨铁刃青铜兵器。
人类最开始进入冶炼时代后，率先冶炼的是熔点较低的铜矿石。发明冶铁技术是人类历史上的大事，因为铁比铜的分布更广、储量更大，铁合金的硬度也更高。初期的冶铁技术，炉子很小，矿石和碳一层一层放置，用鼓风箱鼓风，温度能达到1000度左右，被还原的铁块沉到炉底，不能熔化为液态流出炉外，而且还必须等到炉子冷却才能取出铁——这种物质是一种海绵状的熟铁块，结构疏松，含有很多氧化物，需要经过反复锻打，挤出杂质，才能得到较纯的熟铁块。这种早期的炼铁技术称为块炼法。 2009年在 甘肃临潭磨沟遗址 发掘出两根铁条，C14经过树轮校正后绝对年代在公元前1510-前1310，即公元前14世纪。经清华大学及牛津仪器公司检测，铁条由“块炼渗碳钢”锻打而成，是冶炼金属。
生铁的熔点只有1100度，在块炼法炼铁时，如果炉内温度高一些，进入的空气多一些就可以炼出生铁。生铁又分白口生铁、麻口生铁、灰口生铁三种。其主要的区别在于含硅的多少。硅可以使铁碳合金中的碳和铁呈现游离状态。含碳或者含硅很低的生铁，即为白口生铁，其切面呈白色。这种铁又硬又脆但是耐磨。含硅1.5-3%之间，大部分的炭就处在游离状态了，切面呈灰色，这种生铁即为灰口生铁。其硬度低，脆性小，耐磨。介于二者之间的即为麻口生铁——在白口之间有片状石墨。其中以生产灰口生铁的难度最大。中国大约在春秋后期就出现了白口生铁，比欧洲各国要早上1900多年；至迟在公元前5世纪的春秋末、战国初期就能对白口生铁进行柔化处理，使之成为锻铸铁，比西方早了2300多年；到了战国中期可以已经能够铸造麻口生铁；到了西汉中期可以铸造灰口生铁。至此，除了球墨铸铁及合金铸铁之外，我国人民已经能够生产现代工业能够生产的所有品类的生铁品种。而 在河南巩县铁生沟西汉中、晚期的冶铁遗址中出土的铁，经过金相检验，具有放射状的球状球墨铸铁，球化率相当于现代标准一级水平。也就是说，在约2000年前的西汉时期，我国铁器中的球状石墨，就已由低硅的生铁铸件经柔化退火的方法得到 了 。而现代的球墨铸铁则是迟至1947年才在国外研制成功的。这是我国古代铸铁技术的重大成就，也是世界冶金史上的奇迹。
中国的冶铁技术在西汉得到长足发展，达到了相当的高度，遥遥领先于西欧。之后由于钢材的使用，从技术上而言，冶铁技术虽有进步，但是已经没有那么迅猛了。但是这并不妨碍其在社会生产生活和战争中大规模的使用。
在欧洲，以块炼铁为原料，进行渗碳炼钢的技术大约出现在前 10- 前 5 世纪。我国则在春秋末期就出现了块炼铁渗碳制钢技术。湖南长沙杨家山春秋晚期的墓葬中曾发掘出一把铜格 “铁剑”，通过金相检验，结果证明是钢制的 ；汉代，我国人民又掌握一种别开生面的制钢方法 ——生铁脱碳退火制钢 ；同一时期，我国人民掌握了炒钢法；在晋代、南北朝时期又发明了灌钢法；明朝时期又在灌钢法的基础上发明了 ‘苏钢’冶炼法 。
但是 和其他古典的炼钢法一样， 无论 是灌钢、 炒钢 还是苏钢法，都是在低温和半胶融的状态下炼制的， 所含 碳份不易控制， 杂质 不易除尽， 不能 浇铸钢材。正因为这些缺点， 要 获得好钢， 必须 充分发挥人的经验和技术克服这些不足。比如苏钢法，在1300度的高温炉前， 技师 要一手夹钳熟铁不停翻转， 一手 持生铁浇淋，两手之间还要相互配合，还要控制炉温， 这 绝对需要高超的手艺和羚羊挂角的通灵，也绝非一朝一夕之功。中国人实际上是以高度的聪明才智、心灵手巧和吃苦耐劳超越了时代技术的不足， 但是 在绝对的科学技术水平上， 其实 和欧洲并没有本质的区别， 没有 产生质的飞跃。 而 这一跃的标志就是液态炼钢， 液态 炼钢较易控制碳份，杂质容易除尽，还能进行浇铸。 但是 ，要想获得铁水， 必须 有更高的温度。
最早出现的高温液态炼钢法是坩埚炼钢法，出现于 18 世纪初。到了 19 世纪中叶出现了转炉炼钢法和平炉炼钢法， 19 世纪出现了电炉炼钢法，把炼钢技术大大推进了一步。但是这都是出现在西欧的近现代炼钢法，中国的钢铁冶炼技术在这段时间里被落下了大大的身位。
