Na trdoto ogljikovega jekla lahko vplivajo številni različni dejavniki, vključno s stikom z ogljikom, količino in vrsto drugih elementov v zlitini ter specifičnimi postopki, ki se uporabljajo za izdelavo jekla. Nizkoogljično jeklo, ki vsebuje med 0.05 in 0.25 % ogljika, je običajno najmehkejša sorta, čeprav ga je mogoče utrditi s postopkom, znanim kot naogljičenje. Ultravisokoogljično jeklo, ki je lahko sestavljeno iz do 2 % ogljika, je običajno najtrše jeklo, čeprav je končna trdota vsakega izdelka določena tudi z različnimi postopki toplotne obdelave. Kaljenje lahko poveča trdoto ogljikovega jekla za približno štirikrat, čeprav naknadno kaljenje običajno zmanjša trdoto.
Ogljikovo jeklo je zlitina, ki je sestavljena predvsem iz železa in ogljika. Lahko so prisotni tudi drugi elementi, običajno v zelo majhnih količinah. Obstaja nekaj različnih definicij, kaj točno je ogljikovo jeklo, čeprav elementi, kot sta silicij in baker, običajno predstavljajo manj kot 0.6 % različnih zlitin. Nekatere zlitine ogljikovega jekla imajo lahko tudi do 1.6 % elementov, kot je mangan. Ker obstaja več različnih zlitin, ki se vse običajno imenujejo ogljikovo jeklo, ima vsaka vrsta različno trdoto.
Glavni dejavnik, ki vpliva na trdoto ogljikovega jekla, je količina ogljika, prisotnega v zlitini. Nizkoogljična jekla so ponavadi najmehkejša, medtem ko so jekla z ultra visoko vsebnostjo ogljika lahko precej trda in krhka. Prav tako je mogoče spremeniti fizikalne lastnosti ogljikovega jekla z različnimi obdelavami, bodisi za povečanje ali zmanjšanje trdote.
Čeprav je nizkoogljično jeklo razmeroma mehko, lahko proces, znan kot karburizacija, povzroči, da postane trše. Ta postopek toplotne obdelave dejansko povzroči, da zlitina absorbira dodaten ogljik iz trdnih, tekočih in plinastih virov, kot sta oglje in ogljikov monoksid. Ogljik se običajno absorbira le v površino kovine, kar ima za posledico utrjeno zunanjo plast in mehkejše, duktilno jedro.
Jekla z visoko vsebnostjo ogljika so za začetek zelo težka, vendar jih lahko postopki kaljenja še dodatno otežijo. Če pa je zlitina ogljikovega jekla pretrda, bo običajno tudi precej krhka. Nekatere izjemno trde zlitine so dejansko izpostavljene procesom kaljenja in popuščanja, ki lahko zmanjšajo trdoto ogljikovega jekla in povečajo duktilnost. Drugi postopki, kot je žarjenje, lahko tudi učinkovito povečajo duktilnost in zmanjšajo splošno trdoto jekla.