Toplotno-odporno jeklo se nanaša na jeklo z visoko-temperaturno odpornostjo na oksidacijo in visoko-temperaturno trdnostjo. Odpornost na visoko-temperaturno oksidacijo je pomemben pogoj za zagotavljanje-dolgotrajnega delovanja obdelovancev pri visokih temperaturah. V oksidativnih okoljih, kot je zrak z visoko-temperaturo, kisik kemično reagira z jekleno površino in tvori različne plasti železovega oksida. Ta oksidna plast je zelo porozna, izgubi prvotne lastnosti jekla in se zlahka odlušči. Za izboljšanje-odpornosti jekla proti oksidaciji pri visokih temperaturah se jeklu dodajo legirni elementi, s čimer se spremeni struktura oksidov. Običajno uporabljeni legirni elementi vključujejo krom, silicij in aluminij. Reagirajo s kisikom in tvorijo gosto in stabilno oksidno plast ali pasivno plast, kot je Cr2O3, SiO2 ali Al2O3, na površini jekla, da zaščiti jeklo pred nadaljnjo oksidacijo. Večje količine kroma, silicija in aluminija povzročijo boljšo-odpornost proti oksidaciji pri visokih temperaturah, vendar pretirane količine silicija in aluminija poslabšajo mehanske lastnosti in sposobnost obdelave jekla. Zato toplotno{21}}odporno jeklo uporablja krom kot glavni legirni element ter silicij in aluminij kot pomožna elementa. Skratka, visoko{23}}odpornost jekla proti oksidaciji je povezana samo z njegovo kemično sestavo.
Visoko{0}}temperaturna trdnost se nanaša na sposobnost jekla, da vzdrži mehanske obremenitve daljša obdobja pri visokih temperaturah. Jeklo doživlja dve glavni vrsti mehanskih obremenitev pri visokih temperaturah: mehčanje (trdnost se zmanjšuje z naraščajočo temperaturo) in lezenje (počasi naraščajoča plastična deformacija skozi čas pod stalnim stresom). Plastična deformacija jekla pri visokih temperaturah je posledica intragranularnega zdrsa in zdrsa na meji zrn. Legiranje se običajno uporablja za izboljšanje-trdnosti jekla pri visokih temperaturah. To vključuje dodajanje legirnih elementov za izboljšanje medatomske vezi in ustvarjanje ugodnih mikrostruktur. Dodajanje kroma, molibdena, volframa, vanadija in titana okrepi jekleno matrico, poveča temperaturo rekristalizacije in tvori ojačitvene karbide ali intermetalne spojine, kot so Cr23C6, VC in TiC. Te ojačitvene faze so stabilne pri visokih temperaturah, se ne topijo, ne združujejo in ohranjajo svojo trdoto. Dodajanje niklja je namenjeno predvsem pridobivanju avstenita. Avstenit ima gostejšo atomsko razporeditev kot ferit, kar povzroči močnejšo medatomsko vez in manjšo atomsko difuzijo. Zato ima avstenit bolj-obstojnost pri visokih temperaturah. Očitno je, da visoko{15}}temperaturna trdnost toplotno-odpornega jekla ni povezana le z njegovo kemično sestavo, ampak tudi z njegovo mikrostrukturo.