Топлоустойчивата стомана се отнася за стомана с устойчивост на високо-температурно окисляване и устойчивост на висока-температура. Устойчивостта на високо-температурно окисляване е важно условие за осигуряване на дългосрочна-работа на детайлите при високи температури. В окислителни среди, като например високо{7}}температурен въздух, кислородът реагира химически със стоманената повърхност, за да образува различни слоеве железен оксид. Този оксиден слой е много порест, губи първоначалните свойства на стоманата и лесно се отлепва. За да се подобри устойчивостта на стоманата на високотемпературно окисление, към стоманата се добавят легиращи елементи, като по този начин се променя структурата на оксидите. Често използваните легиращи елементи включват хром, силиций и алуминий. Те реагират с кислорода, за да образуват плътен и стабилен оксиден слой или пасивиращ слой като Cr2O3, SiO2 или Al2O3 върху стоманената повърхност, за да предпазят стоманата от по-нататъшно окисляване. По-високите количества хром, силиций и алуминий водят до по-добра устойчивост на окисление при високи-температури, но прекомерните количества силиций и алуминий влошават механичните свойства и обработваемостта на стоманата. Следователно топлоустойчивата стомана използва хром като основен легиращ елемент и силиций и алуминий като спомагателни елементи. Накратко, високотемпературната устойчивост на окисляване на стоманата е свързана само с нейния химичен състав.
Висо{0}}температурната якост се отнася до способността на стоманата да издържа на механични натоварвания за продължителни периоди при високи температури. Стоманата изпитва два основни вида механични натоварвания при високи температури: омекване (якостта намалява с повишаване на температурата) и пълзене (бавно нарастваща пластична деформация с течение на времето при постоянно напрежение). Пластичната деформация в стоманата при високи температури се причинява от вътрешногранулирано приплъзване и приплъзване по границите на зърното. Легирането обикновено се използва за подобряване на висока{4}}температурна якост на стоманата. Това включва добавяне на легиращи елементи за подобряване на междуатомното свързване и създаване на благоприятни микроструктури. Добавянето на хром, молибден, волфрам, ванадий и титан укрепва стоманената матрица, повишава температурата на рекристализация и образува усилващи карбиди или интерметални съединения като Cr23C6, VC и TiC. Тези усилващи фази са стабилни при високи температури, не се разтварят, не агрегират и запазват своята твърдост. Добавянето на никел има за цел основно да се получи аустенит. Аустенитът има по-плътно атомно подреждане от ферита, което води до по-силно междуатомно свързване и по-малко атомна дифузия. Следователно аустенитът показва по-добра устойчивост при високи-температури. Очевидно е, че високата -температурна якост на топло{16}}устойчивата стомана е свързана не само с нейния химически състав, но и с нейната микроструктура.