Sivo železo je najpogosteje uporabljena zlitina litega železa. Ko se sivo železo razbije, lahko razkrije sivo barvo, po kateri je dobilo ime. Ta barva je posledica prisotnosti grafita v zlitini. Prisotnost grafita je posledica posebnega razmerja ogljika in silicija v zlitini, kar pomaga olajšati nastanek tako imenovane grafitne mikrostrukture. Sivo železo je razmeroma poceni zlitina, ki se pogosto uporablja pri litju vsega, od blokov motorja do posode.
Za ustvarjanje sivega železa mora zlitina vsebovati približno 2.5 odstotka do 4 odstotke ogljika in 1 do 3 odstotke silicija. Prisotnost ogljika in silicija v teh razmerjih omogoča zlitini, da tvori grafitno mikrostrukturo, po kateri je znana. Grafit je heksagonalno kristaliziran alotrop ogljika, zato je prisotnost ogljika nujna, da grafit sploh nastane. Vendar pa je silicij v zlitini nujen, da deluje kot stabilizator grafita. Zlitina z nižjo vsebnostjo silicija lahko omogoči nastanek železovih karbidov namesto grafita, še posebej, če se zlitina hitro ohladi, kar povzroči tako imenovano belo železo.
Sivo železo ima manjšo natezno trdnost kot jeklo, čeprav je njegova tlačna trdnost podobna. Izdelava je cenejša od jekla, zaradi česar je uporabna v aplikacijah, kjer natezna trdnost ni ključnega pomena. To je privedlo do tega, da je sivo železo najpogosteje uporabljena zlitina litega železa.
Prisotnost grafita v zlitini prispeva k enostavnosti obdelave. To je zaradi mazalne narave grafitnih kosmičev, prisotnih v zlitini. Grafit lahko pomaga tudi pri odpornosti proti obrabi in drgnjenju, medtem ko lahko prisotnost silicija pomaga pri odpornosti proti koroziji.
Obstaja več različnih vrst sivega železa, od katerih ima vsaka drugačno natezno in tlačno trdnost. V Združenih državah so te stopnje opredeljene s številkami, ki ustrezajo količini natezne trdnosti, ki jo ima material. Tako bi moralo imeti sivo železo stopnje 20 najmanjšo natezno trdnost 20 kilo-funtov na kvadratni palec (KSI) ali 20,000 funtov na kvadratni palec (PSI) (približno 6,894 kilopascalov). Tlačna trdnost se povečuje skupaj z natezno trdnostjo, zato bo imela zlitina višje kakovosti tudi višjo tlačno trdnost kot zlitina nižjega razreda. Zlitine višjega razreda vsebujejo manj ogljika kot zlitine nižje kakovosti in so tudi bolj krhke.