Koolstofstaal is de meest gebruikte metaallegering, maar er bestaan verschillende legeringen voor een reeks van specifieke toepassingen.

Traditioneel definieert men staal als een ijzer-koolstof legering is met tot 2,1% koolstof. Maar er zijn nog steeds verschillende soorten staal waarin koolstof een ongewenste legeringcomponent is, bijvoorbeeld interstitieel staal.

Recentere definieert men staal als een legering op basis van ijzer die plastisch vervormd kan worden.

Het belang van koolstof in de meeste staalvormen is terug te voeren op haar effect op de eigenschappen van het staal en fase transformaties. Met meer koolstof wordt het staal harder en heeft het een grotere treksterkte dan ijzer, maar is tevens ook brozer.