Værktøjsstål har generelt et højere kulstofindhold end almindeligt stål. Kulstof er en vigtig komponent i stålets hårdhed. På grund af sit høje kulstofindhold har stål en højere hårdhed efter varmebehandling. Ud over kulstof indeholder værktøjsstål generelt legeringselementer såsom chrom, vanadium, wolfram og molybdæn. De er vigtige elementer i at forbedre hårdheden, slidstyrken og andre egenskaber af stål. For eksempel kan krom øge stålets korrosionsbestandighed, mens wolfram og molybdæn kan øge stålets hårdhed og styrke.
