Med ett kolinnehåll mellan 0,5 och 1,5% tillverkas verktygsstål under noggrant kontrollerade förhållanden för att åstadkomma den erforderliga kvaliteten. Närvaron av karbider i deras matris spelar den dominerande rollen i verktygsstålets egenskaper. De fyra huvudlegeringselementen som bildar karbider i verktygsstål är: volfram, krom, vanadin och molybden. Upplösningshastigheten för de olika karbiderna i austenitformen av järnet bestämmer stålets högtemperaturutförande (långsammare är bättre, vilket gör ett värmebeständigt stål). Korrekt värmebehandling av dessa stål är viktigt för tillräcklig prestanda. Manganhalten hålls ofta låg för att minimera risken för sprickbildning under vattenavkylning.
Det finns sex grupper av verktygsstål: vattenhärdning, kylverk, stötsäker, höghastighetståg, varmvård och speciellt ändamål. Valet av grupp som ska väljas beror på kostnad, arbetstemperatur, erforderlig ythårdhet, styrka, stötdämpning och seghetskrav. Ju svårare servicetillståndet (högre temperatur, slitstyrka, korrosivitet, lastning), desto högre legeringsinnehåll och följd mängden karbid som krävs för verktygsstålet.
Verktygsstål används för skärning, pressning, extrudering och mönning av metaller och andra material. Deras användning, såsom produktion av formsprutor, är avgörande på grund av deras motståndskraft mot nötning, vilket är ett viktigt kriterium för en form som kommer att användas för att producera hundratusentals formningar av en produkt eller del.
AISI-SAE-kvaliteterna av verktygsstål är den vanligaste skalan som används för att identifiera olika kvaliteter av verktygsstål. Individuella legeringar inom en klass ges ett nummer; till exempel: A2, O1, etc.